Conductive Two-Dimensional Magnesium Metal–Organic Frameworks for High-Efficiency O2 Electroreduction to H2O2

电合成 电催化剂 催化作用 选择性 无机化学 密度泛函理论 材料科学 过渡金属 组合化学 化学 纳米技术 电化学 计算化学 电极 有机化学 物理化学
作者
Kai Dong,Jie Liang,Yuanyuan Wang,Longcheng Zhang,Zhaoquan Xu,Shengjun Sun,Yongsong Luo,Tingshuai Li,Qian Liu,Na Li,Bo Tang,Abdulmohsen Ali Alshehri,Li Quan,Dongwei Ma,Xuping Sun
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:12 (10): 6092-6099 被引量:140
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c00819
摘要

Direct electrosynthesis of H2O2 via a two-electron oxygen reduction reaction (2e– ORR) under ambient conditions is emerging as a promising solution toward on-site applications for the replacement of the energy-consuming, waste-intensive, and indirect anthraquinone process. To date, state-of-the-art 2e– ORR catalysis is mostly performed with transition-metal-based materials, while main-group element-based catalysts are much less established, for which there is an urgent need of proper understanding. Herein, we report a conductive two-dimensionally layered Mg3(hexaiminotriphenylene)2 electrocatalyst for selective hydrogenation of O2 to synthesize H2O2 (selectivity >90%) with a robust high catalytic efficiency. In situ spectroscopic monitoring of the catalytic reactions and kinetic studies not only illustrate the reaction mechanisms on Mg3(hexaiminotriphenylene)2 but confirm that the Mg2+ center serving as the real active site is responsible for the critical intermediate OOH* forming event. Additionally, in-depth density functional theory calculations further discuss the excellent activity and selectivity of Mg3(hexaiminotriphenylene)2 for H2O2 production.
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