电化学水分解产氢可以解决与全球变暖相关的环境问题并缓解能源危机。然而，由于阳极析氧反应(OER)的四电子转移缓慢，该过程仍所需的高电位导致总耗电量大。使用低电位的醇氧化反应(AOR)来代替OER可以降低电催化产H2的能耗，但是目前仍缺乏有效的催化剂来实现有效稳定催化醇氧化。基于此，清华大学段昊泓团队报道了一种羟基氧化钴({attr}3220{/attr}OOH)纳米片负载金纳米粒子(Au/CoOOH)的协同催化剂，它能够在高电流密度下进行AOR。室温(rt)下，Au/CoOOH在含有0.1 M苯甲醇的1 M KOH中，在1.3 V vs. RHE的电位下具有340 mA cm-2的电流密度；相应的苯甲醇氧化速率和H2产率分别达到3.19 mmol cm-2 h-1和117.9 mL cm-2 h-1，比Au高26倍和28倍。此外，Au/CoOOH在1.5 V vs. RHE下的电流密度可进一步达到540 mA cm-2。更重要的是，在双电极无膜流动电解槽中，绝对电流在2.0 V时可进一步达到4.8 A，表明Au/CoOOH催化剂具有在工业条件下工作的潜力。实验结果与自旋极化密度泛函理论(DFT)计算表明，苯甲醇(以醇盐形式)在Au/CoOOH界面富集，并被CoOOH上产生的亲电子OH*氧化，反应势垒低，导致活性高于纯Au。除了苯甲醇，Au/CoOOH还可以催化氧化其他具有α-π键的醇(包括具有的α-苯基、C=C和C=O基团等的醇)，显示出比Au高9~28倍的电流密度。此外，基于催化剂可以在阳极电位/开路条件下可逆地氧化/还原，研究人员开发了一种用于长期电氧化的间歇电位(IP)策略，在24小时内实现高电流密度(>250 mA cm-2)。与恒电位(CP)策略相比，该IP策略在300 mA cm-2下分别实现了10倍和9倍的苯甲醇氧化和H2产量增量，节省了33%的电能。Alcohols Electrooxidation Coupled with H2 Production at High Current Densities Promoted by A Cooperative Catalyst. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-021-27806-3
目前评论：0