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AM：F/S双掺杂无金属纳米纤维选择性电合成H2O2

时间：2022-12-02 来源：浏览：

AM：F/S双掺杂无金属纳米纤维选择性电合成H2O2

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电催化两电子氧还原（ 2e ⁻ ORR ）生成过氧化氢（ H ₂ O ₂ ）在造纸、废水处理、液体燃料生产和公共卫生等领域引起了广泛的兴趣。目前的研究集中在研究低成本、大规模、可持续、高活性和高选择性的电催化剂上。

近日， 电子科技大学 Xiaobi n Niu ，西南交通大学Jian Yang， 阿卜杜拉国王科技大学 Andrea Fratalocchi 实现了一种可扩展、高活性和高选择性的碳纤维催化剂用于 H ₂ O ₂ 的生产。

本文要点

要点1. 性能的提高源于在碳基质中适当掺杂氟和硫后发生的分子间电荷转移和电子自旋重新分布。这一过程为 2e ⁻ 反应途径产生了最佳的 -OOH 中低能垒吸附强度。最好的 FS-CFS 催化剂的起始电位为 0.814 V ， H ₂ O ₂ 的选择性为 99.1% ，大的 H ₂ O ₂ 分电流密度为 1.44 mA·cm ⁻² 。

要点2. 这种高效、廉价的材料，加上其可扩展的电纺制造工艺，为工业和现场应用提供了一种很有前途的过氧化氢生产方法，例如在有机废水处理中。此外，通过对电纺纤维的机械强度进行工程设计，可以制造出无粘结剂性质的、更适合各种实际应用场景的自支撑柔性电极。

要点3. 虽然在最初的工作中我们将掺杂水平限制在 0.7 at.% ，但结果表明，更高的掺杂可能通过触发更强的分子间电荷转移和电子自旋再分配耦合效应而对催化剂的性能产生更积极的影响。

未来的工作可以对这一效应进行深入的研究，希望找到最佳条件来增强这种协同效应，以实现大规模的过氧化氢生产。

本工作中所报道的双掺杂策略可以与多相催化中的其他技术相结合，例如，形态结构和过渡金属掺杂，以实现在 H ₂ O ₂ 生产中的增强催化剂。这种方法也可以扩展到其他工业用途的碳 / 金属材料催化或能量转换领域，包括水分解、二氧化碳还原和充电电池，从而为不同的化学反应实现高度选择性的催化剂打开了大门。