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福建物質結構研究所Angew:碳納米管和LDH構筑工業級氧還原合成H2O2
納米技術 納米 2025-03-05

電催化氧還原(ORR)反應為替代傳統蒽醌(anthraquinone)過程合成H2O2提供一種具有前景且符合可持續發展要求的路線。但是,如何得到能夠規模化的電催化劑和價格便宜的反應器制備高純度H2O2仍然是個挑戰。

有鑒于此,中國科學院福建物質結構研究所溫珍海研究員、黃鈞衡報道一種簡單但是有效的機械混合方法,以氧化的碳納米管和層狀LDH制備復合電催化劑。

本文要點:

(1)

這種簡單易得且價格便宜的催化劑具有接近完美的法拉第效率(~100 %),構筑固體電解池達到10 mA cm-2和400 mA cm-2電流密度所需過電勢分別僅為73 mV和588 mV。

(2)

通過理論計算和原位分析,表明LDH作為助催化劑精確調控催化劑/固體電解液的界面局部pH的重要作用,改善反應活性和選擇性。此外,使用陽離子交換樹脂(CER)作為質子導體和改善傳質的微通道,設計一種價格便宜的固體反應器,合成H2O2的能力達到5.29 mmol cm-2 h-1,能夠連續的生成濃度為11.8 %的H2O2

規模化驗證面積為2×100 cm2的中間試驗規模的反應堆(pilot reactor),在15 A的電流密度,H2O2的產率得到令人印象深刻的127.0 mmol h-1,這是可持續制備H2O2的顯著進展。

 

參考文獻

Shengjian Lin, Jun Wang, Junxiang Chen, Peng Lin, Huibing Wang, Junheng Huang, Zhenhai Wen, Electrochemical Pilot H2O2 Production via Solid-State Electrolyte Reactor: Insights from a 2-electrons ORR Hybrid Catalyst, Angew. Chem. Int. Ed. 2025

DOI: 10.1002/anie.202502144

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202502144


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