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AM：F/S雙摻雜無金屬納米纖維選擇性電合成H2O2

專題網友投稿2022-12-02A⁺A^-

AM：F/S雙摻雜無金屬納米纖維選擇性電合成H2O2

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電催化兩電子氧還原（ 2e ^? ORR ）生成過氧化氫（ H ₂ O ₂ ）在造紙、廢水處理、液體燃料生產和公共衛生等領域引起了廣泛的興趣。目前的研究集中在研究低成本、大規模、可持續、高活性和高選擇性的電催化劑上。

近日， 電子科技大學 Xiaobi n Niu ，西南交通大學Jian Yang， 阿卜杜拉國王科技大學 Andrea Fratalocchi 實現了一種可擴展、高活性和高選擇性的碳纖維催化劑用于 H ₂ O ₂ 的生產。

本文要點

要點1. 性能的提高源于在碳基質中適當摻雜氟和硫后發生的分子間電荷轉移和電子自旋重新分布。這一過程為 2e ^? 反應途徑產生了最佳的 -OOH 中低能壘吸附強度。最好的 FS-CFS 催化劑的起始電位為 0.814 V ， H ₂ O ₂ 的選擇性為 99.1% ，大的 H ₂ O ₂ 分電流密度為 1.44 mA·cm ^?2 。

要點2. 這種高效、廉價的材料，加上其可擴展的電紡制造工藝，為工業和現場應用提供了一種很有前途的過氧化氫生產方法，例如在有機廢水處理中。此外，通過對電紡纖維的機械強度進行工程設計，可以制造出無粘結劑性質的、更適合各種實際應用場景的自支撐柔性電極。

要點3. 雖然在最初的工作中我們將摻雜水平限制在 0.7 at.% ，但結果表明，更高的摻雜可能通過觸發更強的分子間電荷轉移和電子自旋再分配耦合效應而對催化劑的性能產生更積極的影響。

未來的工作可以對這一效應進行深入的研究，希望找到最佳條件來增強這種協同效應，以實現大規模的過氧化氫生產。

本工作中所報道的雙摻雜策略可以與多相催化中的其他技術相結合，例如，形態結構和過渡金屬摻雜，以實現在 H ₂ O ₂ 生產中的增強催化劑。這種方法也可以擴展到其他工業用途的碳 / 金屬材料催化或能量轉換領域，包括水分解、二氧化碳還原和充電電池，從而為不同的化學反應實現高度選擇性的催化劑打開了大門。