Nature子刊：LaAlO3助力双电子水电解制过氧化氢

电化学双-电子水氧化反应（2e-WOR）作为一种有前景的现场连续生产过氧化氢（H₂O₂）的方法受到了广泛关注，但是与阴极H₂O₂生成相比，阳极2e-WOR由于氧化环境恶劣，制备所需催化剂更具挑战性。

基于此，斯坦福大学郑晓琳教授和加拿大卡尔加里大学Samira Siahrostami（共同通讯作者）等人报道了将密度泛函理论（DFT）计算与实验相结合，寻找一种稳定、高效的钙钛矿催化剂用于阳极2e-WOR。理论筛选发现，LaAlO₃钙钛矿是一种稳定、活性和选择性的2e-WOR催化剂。实验结果证实，在4 M K₂CO₃/KHCO₃中，LaAlO₃催化剂在10 mA cm^-2处可获得510 mV的过电位，低于许多已报道的金属氧化物催化剂。此外，LaAlO₃保持稳定的H₂O₂法拉第效率，在2.7 V下3 h后仅下降3%。

DFT计算了LaAlO₃对2e-WOR的理论活性和选择性。水氧化遵循的途径可能是四-电子、二-电子和单-电子途径，其中不同反应中间体（O*、OH*和OOH*）的结合能是水氧化反应途径活性和选择性的合适描述因子。2e-WOR活性催化剂具有最佳的OH*结合（ΔG_OH* ≥ 1.76 eV）。催化剂与中间体O*结合能力弱（ΔG_O* ≥ 3.52 eV），以抑制4e-WOR路线，防止H₂O₂进一步氧化为O₂。

此外，催化剂应在2.4 eV以下结合OH*（ΔG_OH* < 2.4 eV），以避免OH自由基的形成和释放。对于LaAlO₃(100)表面，这些关键中间体的吸附能分别为ΔG_OH*=1.77 eV和ΔG_O*=4.71 eV。由此可见，LaAlO₃对2e-WOR具有高选择性和活性，同时抑制1e-和4e-WOR途径。需注意，LaAlO₃的(100)面被用于分析，因为根据表面能计算，它被预测为(100)、(110)和(111)面中最稳定的。

Discovery of LaAlO₃ as an efficient catalyst for two-electron water electrolysis towards hydrogen peroxide. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-34884-4.

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34884-4.

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Nature子刊：LaAlO3助力双电子水电解制过氧化氢

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