H ₂ O ₂ is een belangrijke chemische grondstof en potentiële energiedrager, en wordt wijd gebruikt voor diverse milieu, medische en huishoudelijke toepassingen. Momenteel, ongeveer 99% van H ₂ O ₂ wordt geproduceerd uit een energie-intensief antrachinon-oxidatieproces. De gecentraliseerde productie op deze manier produceert hooggeconcentreerde H ₂ O ₂ die vaak moet worden gedistribueerd naar en verdund op de plaats van gebruik, brengt extra complexiteit en uitdagingen met zich mee. In aanvulling, H ₂ O ₂ kan ook worden geproduceerd uit de directe reactie tussen H ₂ en O ₂ in aanwezigheid van op Pd gebaseerde katalysatoren. Het potentiële explosiegevaar van deze benadering, echter, belemmert de praktische toepassing ervan.

Elektrochemische zuurstofreductiereactie via een twee-elektronenroute vertegenwoordigt een nieuwe en gedecentraliseerde strategie om H . te produceren ₂ O ₂ . Het steunt op de ontwikkeling van actieve en selectieve elektrokatalysatoren. De state-of-the-art kandidaten zijn Pt-Hg en Pd-Hg legeringen. Ondanks hun relatief hoge massaactiviteit en selectiviteit in zuren, het is onwaarschijnlijk dat deze legeringen van edele metalen op grote schaal zullen worden gebruikt vanwege hun onbetaalbare kosten en toxiciteit (vanwege de opname van Hg).

Recenter, op koolstof gebaseerde materialen zijn ontstaan ​​en vertonen een aanzienlijke activiteit en selectiviteit voor H ₂ O ₂ productie in alkalische oplossing. Helaas, hun mogelijkheden zijn ook beperkt sinds H ₂ O ₂ wordt onderworpen aan snelle ontleding in een alkalisch milieu. Voor praktische toepassingen, H ₂ O ₂ wordt op grotere schaal gebruikt in zure media met een sterker oxidatievermogen. Als resultaat, het is zeer wenselijk om hoogwaardige elektrokatalysatoren voor selectieve H . na te streven ₂ O ₂ productie in zuren.

In nieuw onderzoek gepubliceerd in het in Peking gevestigde Nationale wetenschappelijke recensie , wetenschappers van de Soochow University (Suzhou, China), de Universiteit van de Chinese Academie van Wetenschappen (Beijing, China), Nanjing Normal University (Nanjing, China) en Trinity College Dublin (Dublin, Ierland) werkten samen, en rapporteerde voor het eerst dat molybdeentelluride (MoTe ₂ ) nanoflakes hadden een opmerkelijke prestatie voor H ₂ O ₂ productie in zuren.

MoTe ₂ nanovlokken werden bereid via de gevestigde exfoliatiemethode in de vloeibare fase van bulk MoTe ₂ . Röntgendiffractie en Raman-analyses toonden aan dat het product een hexagonale 2H-fase had. Scanning-elektronenmicroscopie en transmissie-elektronenmicroscopie toonden aan dat geëxfolieerde MoTe ₂ nanovlokken hadden een laterale grootteverdeling van 50 tot 350 nm. Bovendien, de auteurs gebruikten aberratie-gecorrigeerde scanning transmissie-elektronenmicroscopie om de atomaire structuur van MoTe . op te helderen ₂ nanovlokken, en merkte op dat hun blootgestelde randen, hoewel niet atomair scherp, waren meestal langs de zigzagrichtingen met overvloedige bindende onverzadigde Mo- en Te-sites.

Wanneer onderzocht als de elektrokatalysatormaterialen in O ₂ -verzadigd 0,5 M H ₂ DUS ₄ oplossing, MoTe ₂ nanovlokken gemengd met grafeen nanosheets vertoonden een positief beginpotentieel van 0,56 V versus omkeerbare waterstofelektrode en uitstekende H ₂ O ₂ selectiviteit tot 93%. De massaactiviteit werd ook berekend door de katalytische stroom te normaliseren met betrekking tot de katalysatormassa. De auteurs ontdekten dat de waarde in het bereik lag van ~10-102 A g ^-1 tussen 0,3-0,45 V voor MoTe ₂ , die, hoewel niet zo groot als de state-of-the-art Pt-Hg en Pd-Hg legeringen, was superieur aan Au-legeringen en op koolstof gebaseerde materialen.

Prof. Yanguang Li, die de elektrochemische experimenten leidde, merkte op dat "de massale activiteit van geëxfolieerde MoTe" ₂ nanosheets bij 0,4 V was 27 A g ^-1 -ongeveer 7-10 keer groter dan die van Au-Pd-legeringen en N-gedoteerde koolstof." Naast de indrukwekkende activiteit en selectiviteit, MoTe ₂ nanovlokken vertoonden ook een behoorlijke stabiliteit met verwaarloosbaar prestatieverlies, zelfs na de versnelde duurzaamheidstest en het nachtelijke verouderingsexperiment.

Om het experimentele resultaat te begrijpen, de auteurs voerden dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen uit om de absorptie-energieën van belangrijke reactietussenproducten op het katalysatoroppervlak te simuleren. Ze ontdekten dat de zigzagrand van 2H MoTe ₂ had een geschikte binding voor HOO* en een zwakke binding voor O*, en zou daarom de vermindering van O . bevorderen ₂ naar H ₂ O ₂ maar vertragen de verdere reductie tot H ₂ O. Prof. Yafei Li, die het theoretische werk leidde, zei:"MoTe ₂ was echt uniek vanwege zijn vermogen tot zuurstofreductie met twee elektronen, die niet werd gevonden in andere overgangsmetaaldichalcogeniden, waaronder MoS ₂ en MoSe ₂ "

"Onze studie hier onthulde het onverwachte potentieel van MoTe ₂ nanovlokken als elektrokatalysator op basis van niet-edelmetalen voor H ₂ O ₂ productie in zuren, en zou een nieuwe weg kunnen openen naar het katalysatorontwerp voor deze uitdagende elektrochemische reactie, " Prof. Yanguang Li gaf commentaar op hun interessante ontdekking.