Atomically Dispersed Iron Regulating Electronic Structure of Iron Atom Clusters for Electrocatalytic H2O2 Production and Biomass Upgrading

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作者
Hui Xu,Shengbo Zhang,Xinyuan Zhang,Min Xu,Miaomiao Han,Lirong Zheng,Yunxia Zhang,Guozhong Wang,Haimin Zhang,Huijun Zhao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (52) 被引量:70
标识
DOI:10.1002/anie.202314414
摘要

The integration of highly active single atoms (SAs) and atom clusters (ACs) into an electrocatalyst is critically important for high-efficiency two-electron oxygen reduction reaction (2e- ORR) to hydrogen peroxide (H2 O2 ). Here we report a tandem impregnation-pyrolysis-etching strategy to fabricate the oxygen-coordinated Fe SAs and ACs anchored on bacterial cellulose-derived carbon (BCC) (FeSAs/ACs-BCC). As the electrocatalyst, FeSAs/ACs-BCC exhibits superior electrocatalytic activity and selectivity toward 2e- ORR, affording an onset potential of 0.78 V (vs. RHE) and a high H2 O2 selectivity of 96.5 % in 0.1 M KOH. In a flow cell reactor, the FeSAs/ACs-BCC also achieves high-efficiency H2 O2 production with a yield rate of 12.51±0.18 mol gcat-1 h-1 and a faradaic efficiency of 89.4 %±1.3 % at 150 mA cm-2 . Additionally, the feasibility of coupling the produced H2 O2 and electro-Fenton process for the valorization of ethylene glycol was explored in detail. The theoretical calculations uncover that the oxygen-coordinated Fe SAs effectively regulate the electronic structure of Fe ACs which are the 2e- ORR active sites, resulting in the optimal binding strength of *OOH intermediate for high-efficiency H2 O2 production.
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