​华科大JACS：FE近100%！PD/N-C助力酸性还原O2制H2O2

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​华科大JACS：FE近100%！PD/N-C助力酸性还原O2制H2O2
无金属碳基材料被认为是绿色合成过氧化氢（H2O2）中最有前途的双-电子氧还原反应（2e– ORR）电催化剂之一，但大多数报道的碳电催化剂在碱中比在酸中表现得更有效。
基于此，华中科技大学卢兴教授、郭昆教授、沈王强博士和张建副研究员等人首次报道了以富勒烯（C60）为前驱体，经氨处理，合成了一种富五边形缺陷氮掺杂碳纳米材料（PD/N-C）。
测试发现，基于PD/N-C催化剂的流动电池实现了接近100%的法拉第效率（FE），H2O2产率显著提高，是所有无金属催化剂中性能最好的。
​华科大JACS：FE近100%！PD/N-C助力酸性还原O2制H2O2
通过DFT计算，作者揭示了碳催化剂中五边形缺陷优越性背后的机理。考虑到活性位点与五角形缺陷和N掺杂剂高度相关，原子模型基于五角形的位置（锯齿形和椅形边缘、角/外边缘和内位置）、N掺杂剂的类型（Py-N、Pr-N和Gr-N）及其组合（与N掺杂剂相邻的五角形）建立。
最优的无反应能既不在N掺杂位点附近，也不在五边形缺陷周围，而是在五边形和Gr-N掺杂剂的交界处（Z6模型），自由能值为3.50 eV，接近于理想值3.52 eV，说明五边形和Gr-N掺杂剂具有协同促进作用。
​华科大JACS：FE近100%！PD/N-C助力酸性还原O2制H2O2
作者还构建了极限电位（UL）与*OOH吸附能（ΔG*OOH）之间的活火山图，发现Z6位点几乎位于火山的顶部，代表了向2e– ORR方向最活跃的位点。
值得注意的是，Gr-N掺杂的五边形缺陷（Z6）在碳原子和*OOH中间体之间具有明显的电荷分离，表明C-*OOH键的强度相对较低，有利于2e– ORR生成H2O2。
DFT计算表明，将五边形缺陷与Gr-N掺杂相耦合，可极大地调节碳基体的电子性质，优化*OOH在催化剂表面的吸附能力，保证高的ORR活性和对H2O2合成的选择性。
​华科大JACS：FE近100%！PD/N-C助力酸性还原O2制H2O2
A Pentagonal Defect-Rich Metal-Free Carbon Electrocatalyst for Boosting Acidic O2 Reduction to H2O2 Production. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c00689.

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/06/c2add7bd92/

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