中科大高敏锐等Angew：CoSe2调控层间距提高电催化制备H2O2

纳米技术

2021-09-23

酸性电解液中进行电化学合成H₂O₂能够有效的避免H₂O₂分解为H₂O，但是由高丰度元素组成的高活性制备H₂O₂催化剂比较缺乏。

有鉴于此，中国科学技术大学高敏锐等报道金属CoSe₂的层间距，构建了高催化活性酸性H₂O₂催化剂。通过降低CoSe₂的层间距，不同原子层之间的CoSe₂能够相互耦合，实现了改善界面电子结构，降低关键中间体*OOH吸附，促进生成H₂O₂反应的能量更加合理。因此在H₂O₂的电催化反应中实现了96.7 %的法拉第效率，50.04 mA cm^-2电流密度，H₂O₂的产率达到30.60 mg cm^-2 h^-1。而且该催化剂表现了较好的稳定性，在-63 mA cm^-2电流密度中进行连续电催化反应超过100 h后仍保证稳定。

本文要点：

（1）

作者首先合成的层状堆叠CoSe₂材料是通过DETA分子作为模板将CoSe₂堆叠，其中每层CoSe₂的厚度为5.7 Å，层间距为5.3 Å。作者将二维CoSe₂堆叠催化剂分散在乙醇和硫酸混合溶液中，随后在75 ℃中加热12 h，该过程中H⁺取代质子化的层间DETA，将CoSe₂的层间距从5.3 Å降低至2.2 Å。

随后测试层间距变化对电催化反应活性的影响，发现层间距降低导致层之间的耦合作用增强，改善电催化活性。层间距未缩小的CoSe₂在电催化制备H₂O₂的选择性仅仅20 %，层间距降低CoSe₂的电催化H₂O₂活性的选择性到达95 %。在0.1 V过电势条件中，层间距降低导致CoSe₂的电流密度从4.25 mg cm^-2 h^-1增加为30.60 mg cm^-2 h^-1。

在流动相电催化反应过程中，层间距降低导致电流密度从6.71 mA cm^-2增加达到48.39 mA cm^-2。作者通过对比，发现这种制备H₂O₂活性在目前报道的酸性条件中是最好的结果。

（2）

作者认为这种调控层间耦合效应的策略能够用于各种过渡金属硫化物材料，因此为发展电催化剂提供新方法。

参考文献

Xiao-Long Zhang, Xiaozhi Su, Ya-Rong Zheng, Shao-Jin Hu, Lei Shi, Fei-Yue Gao, Peng-Peng Yang, Zhuang-Zhuang Niu, Zhi-Zheng Wu, Shuai Qin, Rui Wu, Yu Duan, Chao Gu, Xu-Sheng Zheng, Jun-Fa Zhu, Min-Rui Gao*, Strongly Coupled Cobalt Diselenide Monolayers Selectively Catalyze Oxygen Reduction to H₂O₂ in an Acidic Environment, Angew. Chem. Int. Ed. 2021

DOI: 10.1002/anie.202111075

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202111075