"B" site-modulated perovskite oxide materials for efficient electrochemical water oxidation to hydrogen peroxide

催化作用 钙钛矿(结构) 电化学 过氧化氢 氧化物 材料科学 密度泛函理论 吸附 无机化学 化学工程 化学 物理化学 计算化学 电极 结晶学 冶金 有机化学 工程类
作者
Haodong Shao,Chengxu Zhang,Hao Jiang,Jiahu Guan,Wenqing Guan,Shi Qiu-jie,Jue Hu
出处
期刊:Applied Catalysis A-general [Elsevier]
卷期号:670: 119558-119558 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.apcata.2024.119558
摘要

Two-electron water oxidation (2e− WOR) has emerged as a promising method for H2O2 synthesis. However, achieving catalyst' stability for hydrogen peroxide (H2O2) production through 2e− WOR under harsh oxidative conditions remains a significant challenge. Perovskite oxide catalysts have shown potential at low currents, but their electrocatalytic activity diminishes at high current densities. In this study, we successfully fabricated highly efficient 2e− WOR electrocatalysts by carefully selecting suitable B site metals with optimal O* and OH* adsorption characteristics. Our results demonstrate that the LaCoO3 catalyst exhibit exceptional H2O2 production rates, reaching 2977.29 μmol min−1 g−1. Furthermore, the LaCoO3 catalysts demonstrate remarkable durability and stable electrochemical performance even after an ultra-long 120-hour stability test. Density Functional Theory calculations (DFT) further demonstrate that we successfully screened catalysts that are thermodynamically more favorable at a 2e− WOR pathway and accelerate the rate-determining step of OH* to H2O2 by B-site modulation. This work presents a simple and effective strategy for designing perovskite catalysts tailored for efficient 2e− WOR.
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