(a) SEM -bild av MoTe2 -nanoflakes. (b) (nedre panelen) Polariseringskurvor för MoTe2 -nanoflakes, bulk MoTe2 -pulver och grafen -nanosheet ensam och (övre panel) motsvarande ringströmmar (strecklinje) och H2O2 -procent (heldragen linje). (c) härledd massaktivitet för MoTe2-nanoflakes i jämförelse med Pt/Pd-Hg-legeringars och Au-baserade katalysatorer uppskattade från litteratur. (d) Polariseringskurvor, ringströmmar och H2O2 -procentandel av MoTe2 -nanoflakes vid initialtillståndet och efter ett visst antal cykler under det accelererade hållbarhetstestet. Upphovsman:Science China Press
H 2 O 2 är en viktig råvarukemisk och potentiell energibärare, och används ofta för olika miljöer, medicinska och hushållsapplikationer. För närvarande, cirka 99% av H 2 O 2 produceras från en energikrävande antrakinonoxidationsprocess. Dess centraliserade produktion ger på detta sätt högkoncentrerad H 2 O 2 som ofta måste distribueras till och spädas på användningsplatsen, ger ytterligare komplexitet och utmaningar. Dessutom, H 2 O 2 kan också framställas från den direkta reaktionen mellan H 2 och O. 2 i närvaro av Pd-baserade katalysatorer. Den potentiella explosionsrisken för detta tillvägagångssätt, dock, hindrar dess praktiska tillämpning.
Elektrokemisk syrereduktionsreaktion via en tvåelektronväg representerar en ny och decentraliserad strategi för att producera H 2 O 2 . Det bygger på utvecklingen av aktiva och selektiva elektrokatalysatorer. De toppmoderna kandidaterna är Pt-Hg och Pd-Hg legeringar. Trots deras relativt höga massaktivitet och selektivitet i syror, dessa ädelmetalllegeringar kommer sannolikt inte att användas i stor skala på grund av deras oöverkomliga kostnader och toxicitet (på grund av införandet av Hg).
På senare tid, kolbaserade material har framkommit och visar märkbar aktivitet och selektivitet för H 2 O 2 produktion i alkalisk lösning. Tyvärr, deras potential är också begränsad sedan H 2 O 2 utsätts för snabb sönderdelning i ett alkaliskt medium. För praktiska tillämpningar, H 2 O 2 används mer i sura medier med starkare oxidationsförmåga. Som ett resultat, det är mycket önskvärt att utöva högpresterande elektrokatalysatorer för selektiv H 2 O 2 produktion i syror.
I ny forskning publicerad i Peking-baserade National Science Review , forskare från Soochow University (Suzhou, Kina), University of Chinese Academy of Sciences (Beijing, Kina), Nanjing Normal University (Nanjing, Kina) och Trinity College Dublin (Dublin, Irland) arbetade tillsammans, och rapporterade för första gången att molybden tellurid (MoTe 2 ) nanoflakes hade en anmärkningsvärd prestanda för H 2 O 2 produktion i syror.
Smolk 2 nanoflakes framställdes via den väletablerade metoden för exfoliering av vätskefas från bulkmote 2 . Röntgendiffraktion och Raman-analyser visade att produkten hade en sexkantig 2H-fas. Skanningelektronmikroskopi och överföringselektronmikroskopi avbildning avslöjade att exfolierad MoTe 2 nanoflakes hade en sidostorleksfördelning från 50 till 350 nm. Dessutom, författarna använde aberrationskorrigerad skanningöverföringselektronmikroskopi för att belysa atomstrukturen hos MoTe 2 nanoflakes, och observerade att deras utsatta kanter, fast inte atomiskt skarp, var mestadels längs sicksackriktningarna med rikligt bindande omättade Mo- och Te -platser.
Vid undersökning som elektrokatalysatormaterial i O 2 -mättad 0,5 M H 2 SÅ 4 lösning, Smolk 2 nanoflakes blandat med grafen nanoskikt uppvisade en positiv debutpotential på 0,56 V kontra reversibel väteelektrod och enastående H 2 O 2 selektivitet upp till 93%. Massaktiviteten beräknades också genom normalisering av den katalytiska strömmen med avseende på katalysatormassan. Författarna fann att värdet låg i intervallet ~ 10-102 A g -1 mellan 0,3-0,45 V för MoTe 2 , som, även om den inte är lika stor som de toppmoderna Pt-Hg- och Pd-Hg-legeringarna, var överlägsen au-legeringar och kolbaserade material.
Professor Yanguang Li som ledde de elektrokemiska experimenten noterade att "massaktiviteten för exfolierad MoTe 2 nanoskikt vid 0,4 V var 27 A g -1 -ungefär 7-10 gånger större än hos Au-Pd-legeringar och N-dopat kol. "Förutom sin imponerande aktivitet och selektivitet, Smolk 2 nanoflakes uppvisade också anständig stabilitet med försumbar prestandaförlust även efter det accelererade testet för hållbarhet och åldrande över natten.
För att förstå det experimentella resultatet, författarna genomförde densitetsfunktionella teoriberäkningar för att simulera absorptionsenergierna för nyckelreaktionsmellanprodukter på katalysatorytan. De fann att sicksackkanten på 2H MoTe 2 hade lämplig bindning för HOO* och svag bindning för O*, och skulle därför främja minskningen av O 2 till H 2 O 2 men fördröja dess ytterligare minskning till H 2 O. Prof. Yafei Li som ledde det teoretiska arbetet sa "MoTe 2 var verkligen unik för sin förmåga till syrereduktion med två elektroner, som inte hittades i andra övergångsmetalldykalkogenider inklusive MoS 2 och MoSe 2 "
"Vår studie här avslöjade MoTes oväntade potential 2 nanoflakes som en icke-ädelmetallbaserad elektrokatalysator för H 2 O 2 produktion i syror, och kan öppna en ny väg mot katalysatordesignen för denna utmanande elektrokemiska reaktion, "Prof. Yanguang Li kommenterade deras intressanta upptäckt.
