Ultra‐Rapid Electrocatalytic H2O2 Fabrication over Mono‐Species and High‐Density Polypyrrolic‐N Sites

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作者
Wei Peng,Rui Chen,Xiaoqing Liu,Haotian Tan,Lichang Yin,Feng Hou,De’an Yang,Ji Liang
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202403261
摘要

Abstract Electrocatalytic hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) production via two‐electron oxygen reduction reaction (2e − ‐ORR) features energy‐saving and eco‐friendly characteristics, making it a promising alternative to the anthraquinone oxidation process. However, the common existence of numerous 2e − ‐ORR‐inactive sites/species on electrocatalysts tends to catalyze side reactions, especially under low potentials, which compromises energy efficiency and limits H 2 O 2 yield. Addressing this, a high surface density of mono‐species pyrrolic nitrogen configurations is formed over a polypyrrole@carbon nanotube composite. Thermodynamic and kinetic calculation and experimental investigation collaboratively confirm that these densely distributed and highly selective active sites effectively promote high‐rate 2e − ‐ORR electrocatalysis and inhibit side reactions over a wide potential range. Consequently, an ultra‐high and stable H 2 O 2 yield of up to 67.9/51.2 mol g −1 h −1 has been achieved on this material at a current density of 200/120 mA cm −1 , corresponding Faradaic efficiency of 72.8/91.5%. A maximum H 2 O 2 concentration of 13.47 g L −1 can be accumulated at a current density of 80 mA cm −1 with satisfactory stability. The strategy of surface active site densification thus provides a promising and universal avenue toward designing highly active and efficient electrocatalysts for 2e − ‐ORR as well as a series of other similar electrochemical processes.
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