Nature‐inspired N, O Co‐Coordinated Manganese Single‐Atom Catalyst for Efficient Hydrogen Peroxide Electrosynthesis

电合成 催化作用 过氧化氢 电催化剂 化学 碳纤维 选择性 氧气 光化学 无机化学 电化学 材料科学 有机化学 电极 物理化学 复合材料 复合数
作者
Yuan Zeng,Xin Tan,Zewen Zhuang,Chen Chen,Qing Peng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:3
标识
DOI:10.1002/anie.202416715
摘要

The two‐electron oxygen reduction reaction (2e− ORR) is a pivotal pathway for the distributed production of hydrogen peroxide (H2O2). In nature, enzymes containing manganese (Mn) centers can convert reactive oxygen species into H2O2. However, Mn‐based heterogeneous catalysts for 2e− ORR are scarcely reported. Herein, we developed a nature‐inspired single‐atom electrocatalyst comprising N, O co‐coordinated Mn sites, utilizing carbon dots as the modulation platform (Mn CD/C). As‐synthesized Mn CD/C exhibited exceptional 2e− ORR activity with an onset potential of 0.786 V and a maximum H2O2 selectivity of 95.8%. Impressively, Mn CD/C continuously produced 0.1 M H2O2 solution at 200 mA/cm2 for 50 h in the flow cell, with negligible loss in activity and H2O2 faradaic efficiency, demonstrating practical application potential. The enhanced activity was attributed to the incorporation of Mn atomic sites into the carbon dots. Theoretical calculations revealed that the N, O co‐coordinated structure, combined with abundant oxygen‐containing functional groups on the carbon dots, optimized the binding strength of intermediate *OOH at the Mn sites to the apex of the catalytic activity volcano. This work illustrates that carbon dots can serve as a versatile platform for modulating the microenvironment of single‐atom catalysts and for the rational design of nature‐inspired catalysts.
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