Unveiling Favorable Microenvironment on Porous Doped Carbon Nanosheets for Superior H2O2 Electrosynthesis in Neutral Media

电合成 材料科学 介孔材料 兴奋剂 催化作用 化学工程 碳纤维 氧气 密度泛函理论 纳米技术 电化学 物理化学 电极 光电子学 有机化学 复合材料 计算化学 化学 复合数 工程类
作者
Lingyan Jing,Qiang Tian,Wenyi Wang,Xuan Li,Qi Hu,Hengpan Yang,Chuanxin He
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (19) 被引量:81
标识
DOI:10.1002/aenm.202304418
摘要

Abstract Designing effective electrocatalysts tailored for targeted reactions requires fundamental insights into the structure dependence of the reaction microenvironment. Herein, inspired by finite element simulations, N,O co‐doped carbon nanosheets featuring a hierarchical micro/mesoporous structure to form an oxygen‐rich and local alkaline‐like microenvironment for the two‐electron oxygen reduction reaction (2e − ORR) in a neutral medium are designed. The in situ and ex situ test results confirmed that the micro/mesoporous carbon architecture can elevate the local pH and accelerate the generation of intermediates (*O 2 , *OOH), leading to high‐efficiency H 2 O 2 production. Utilizing this favorable microenvironment, N,O‐CNS 0.5 demonstrated exceptional H 2 O 2 electrosynthesis performance in neutral media, achieving a superior H 2 O 2 yield rate (6705 mmol g catalyst −1 h −1 in a flow cell). Additionally, comparative experiments and density‐functional theory calculations provided confirmation of the bi‐doping of N and O as the active origin responsible for the electrochemical 2e − ORR. This study synergistically manipulates the reaction microenvironment and active sites, providing an opportunity for efficient H 2 O 2 electro‐production in a neutral medium.
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