他，985博导，师从国际光催化专家，发Nature子刊！
学术
2024-12-29 08:19
河南
电化学水氧化为过氧化氢(H2O2)的生产提供了一条有前途的途径。然而，依赖碱性碳酸盐电解质作为中间体有局限性，如H2O2分解和pH有效范围狭窄，限制了其在更广泛的pH范围内的应用。在碳酸盐存在下，O-O是由溶液中的碳酸盐和水中的OH共同作用形成的。因此，如果能够提供OH和氧酸，即使没有碳酸盐，也可以通过双电子水氧化策略制备H2O2。硫酸盐是一种氧酸，然而其很难与电解质中的OH反应形成O-O键。因此，要实现这一点，需要设计一个合适的催化剂来提供OH，促进O-O的形成。近日，中山大学胡卓锋课题组成功制备了Cu2(OH)2CO3片状阳极，解决了电化学实验中Cu2(OH)2CO3粉体易脱落的问题。更重要的是，Cu2(OH)2CO3片状电极在无碳酸盐电解质溶液(Na2SO4溶液)中经2e−水氧化反应成功产出H2O2，H2O2的生产速率高达64.35 μmol h-1，法拉第效率高达66.76%。在非碳酸盐电解质领域，无论是产率还是法拉第效率都高于其他文献报道的值。此外，通过一系列的比较实验，证实电解质中的OH自由基和SO42−在H2O2的生成过程中扮演重要角色。一系列系统的表征和理论计算结果表明，SO42−在Cu2(OH)2CO3的OH基团附近附着，引起Cu2(OH)2CO3结构发生重排，形成Cu2(OH)CO3-HSO5。而且，从Cu2(OH)CO3-HSO5中释放的HSO5-促进了HO2和SO3的形成。O-O键对H2O2的产生至关重要，这种HO2的O-O键长约为1.47 Å，类似于H2O2中的O-O键长。随后，HO2和SO3与两个H2O分子发生反应，产生H2O2、SO42−和2H+。在这个步骤中，一个来自于H2O的OH填充到Cu2(OH)CO3上，再生出Cu2(OH)2CO3。这种方法可使H2O2在中性环境下生产，扩大其环保应用潜力。值得注意的是，尽管存在电流密度限制，但未来的研究旨在通过纳米工程和异质结构等阳极改性来提高性能。Crystal OH mediating pathway for hydrogen peroxide production via two-electron water oxidation in non-carbonate electrolytes. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-54593-4🏅 我们提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。🎯我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。 👏👏👏
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