博士生一作！南京林业大学，新发Nature子刊！电催化新进展！
学术
2025-01-03 07:00
广东
碳纳米材料作为通过双电子氧还原反应合成过氧化氢（H2O2）的电催化剂具有卓越的潜力。然而，能够以高选择性和长时间稳定性在工业电流密度（>300 mA cm-2）下生成H2O2的碳基电催化剂仍有待发现。2024年12月30日，中国工程院院士蒋剑春，南京林业大学范孟孟副教授，奥克兰大学王子运教授和辛辛那提大学邬静杰副教授在Nature Communications发表题为《Electrochemically synthesized H2O2 at industrial-level current densities enabled by in situ fabricated few-layer boron nanosheets》的研究论文。Yuhan Wu, Yuying Zhao为论文共同第一作者，蒋剑春院士，范孟孟副教授，王子运教授和邬静杰副教授为论文共同通讯作者。在本研究中，将少层硼纳米片原位引入多孔碳基质中，作者创造了一种在中性或碱性介质中具有H2O2工业生产速率的无金属电催化剂（Bn-C）。在电流密度为300 mA cm-2和0.1V的140小时测试中，Bn-C保持了超过95%的法拉第效率，在含1.0M Na2SO4的液流池中显示出25.1 mol gcatalyst−1 h−1的质量活性。理论模拟和实验研究表明，优异的催化性能源于硼纳米片中吸附有O原子的B原子。Bn-C在工业电流密度下合成H2O2的性能超过了迄今为止所有报道的金属基和无金属碳催化剂。图1：催化剂的电催化性能：在饱和氧气的碱性和中性电解质中合成H2O2图2：在流动电池中以高电流密度进行的H2O2生产测试综上，这项研究成功合成了由少层硼纳米片组成的Bn-C电催化剂，该催化剂在多孔碳基质中展现出高效和耐久2e-ORR性能。在工业电流密度（300 mA cm−2）下，Bn-C催化剂在碱性和中性介质中均展现出前所未有的H2O2合成性能。结构表征和密度泛函理论（DFT）计算表明，硼纳米片表面的氧原子能有效地激活相邻的硼原子，通过调节*OOH中间体的吸附能来实现高效的2e-ORR。同时，硼烯促进了O2的吸附，从而提高了ORR过程中的质量传递。作为实际应用的示范，Bn-C成功地作为阴极在H2O2电解槽系统中用于造纸黑液的原位木质素脱聚。这项工作为设计在工业电流密度下用于H2O2生产的碳基催化剂开辟了新的视野。Wu, Y., Zhao, Y., Yuan, Q. et al. Electrochemically synthesized H2O2 at industrial-level current densities enabled by in situ fabricated few-layer boron nanosheets. Nat. Commun., (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-55071-7.🏅 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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