Phase Reconstruction‐Directed Synthesis of Oxalate‐Functionalized Nickel Hydroxide Electrocatalyst for High‐Yield H2O2 Generation at Industrial Currents

电催化剂 材料科学 产量(工程) 氢氧化物 草酸盐 相(物质) 化学工程 纳米技术 组合化学 无机化学 冶金 电化学 有机化学 物理化学 电极 化学 工程类
作者
Zhiwei Liu,Weijie Yuan,Hongyuan Yang,Zhenhui Kang,Mengjie Ma,Prashanth W. Menezes,Ziliang Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202412198
摘要

Abstract The electrochemical oxygen reduction reaction (2e − ORR) offers a promising approach for H 2 O 2 production, yet developing highly active, selective, and stable electrocatalysts remains a challenge. In this work, a phase reconstruction strategy is presented to synthesize an oxalate‐adsorbed nickel hydroxide electrocatalyst (Ni(OH) 2 ‐C 2 O 4 ) through the self‐dissociation of nickel oxalate in an alkaline medium, leading to a notable enhancement in H 2 O 2 yield at elevated current densities. Remarkably, Ni(OH) 2 ‐C 2 O 4 exhibits a 2e − selectivity exceeding 93% across a broad voltage range (0.0 to 0.5 V vs RHE) in 0.1 M KOH, outperforming pristine Ni(OH) 2 . When deployed as a gas diffusion electrode in a flow cell, the Ni(OH) 2 ‐C 2 O 4 catalyst demonstrates stable operation for 50 h at 200 mA cm −2 , with a Faradaic efficiency surpassing 90% and a peak H 2 O 2 yield of 6.2 mol g −1 cat h −1 . Comprehensive advanced characterizations, including in situ Raman spectroscopy, transient photovoltage spectra, and transient potential scanning spectra, coupled with post‐ORR analyses, reveal that surface‐adsorbed oxalate groups on Ni(OH) 2 enhance the interfacial reaction kinetics between active Ni sites and reactants by inducing a charge trapping effect and forming a hydrogen‐bonded network, facilitating robust and high‐yield H 2 O 2 production.
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