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Oxygen vacancies mediated ultrathin Bi4O5Br2 nanosheets for efficient piezocatalytic peroxide hydrogen generation in pure water

过氧化氢 氧气 纳米结构 纳米技术 化学 吸附 吉布斯自由能 材料科学 化学物理 化学工程 物理化学 有机化学 物理 热力学 工程类
作者
Hao Cai,Fang Chen,Cheng Hu,Weiyi Ge,Tong Li,Xiaolei Zhang,Hongwei Huang
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [China Science Publishing & Media Ltd.]
卷期号:57: 123-132 被引量:25
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(23)64591-7
摘要

The industrial anthraquinone method for H2O2 production has the serious flaws, such as high pollution and energy consumption. Piezocatalytic H2O2 evolution has been proven as a promising strategy, but its progress is hindered by unsatisfied energy conversion efficiency. Hence, we report the efficient piezocatalytic H2O2 generation in pure water over oxygen vacancies mediated ultrathin Bi4O5Br2 nanosheets (~5 nm). Oxygen vacancies and thin nanostructure not only enhance the piezoelectric properties of Bi4O5Br2, but also advance the separation and transfer of piezoinduced charges. Moreover, density functional theory (DFT) calculations also prove that the introduction of oxygen vacancies enhances the O2 adsorption and activation ability with largely decreased Gibbs free energy of the reaction pathway. Profiting from these advantages, ultrathin Bi4O5Br2 nanosheets optimized by oxygen vacancies exhibit a prominent H2O2 evolution rate of 620 µmol g−1 h−1 in pure water and 2700 µmol g−1 h−1 in sacrificial system, dominated by a two-step single electron reaction, which exceeds most of reported piezocatalysts. This work demonstrates that oxygen vacancies and ultrathin structure can synergistically enhance the piezocatalytic performance, which presents perspectives into exploring the strategies of defects and nanostructure fabrication for promoting piezocatalytic activity.
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