Chem. Eur. J. ：锡在Ti4O7上的体相掺杂和表面改性用于氧还原生产过氧化氢

在化学和医疗领域，过氧化氢(H₂O₂)起着至关重要的作用，是最重要的角色之一。目前，H₂O₂在很大程度上依赖于蒽醌工艺法和H₂和O₂混合物直接生产。蒽醌工艺需要大型设施和基础设施，昂贵的萃取反应物和溶剂；后者方法更简单，但存在爆炸的风险。O₂选择性还原为H₂O或H₂O₂对于满足各种不同ORR相关(电)催化系统的特定需求有重要价值。由此，开发稳定的、高选择性的双电子氧还原反应（2e^– ORR）电催化剂来生产过氧化氢，是取代蒽醌工艺、实现可持续绿色经济发展的重大挑战。

近日，重庆大学王煜课题组采用简单的聚合后煅烧的方法将Sn掺杂到Ti₄O₇（D-Sn-Ti₄O₇）中用于二电子氧还原生产H₂O₂。此外，还采用研磨后煅烧的方法在 Ti₄O₇ 上负载 Sn（L-Sn-Ti₄O₇）作为对比。然而，二者的性能表现截然不同。对于 L-Sn-Ti₄O₇，其表面的 Sn 与 Ti₄O₇ 的 Tiⁿ⁺（3≤n≤4）的协同作用，增强了双边电子转移，这种效应激发了Ti₄O₇中 Tiⁿ⁺的催化活性。活化的Tiⁿ⁺ 减缓了O₂吸附强度并解离O = O 键，使其更倾向于 4e^– ORR。相反，对于D-Sn-Ti₄O₇，Sn的掺杂不仅提高了导电性，还导致了Ti₄O₇的晶格畸变，进一步形成了更多的氧空位和Ti³⁺。与原始Ti₄O₇相比，大量氧空位的增加可以降低 *OOH 的结合能，有利于 *OOH 质子化形成 H₂O₂，从而提高 2e^–ORR 活性。此外，将D-Sn-Ti₄O₇ 负载到碳纸上作为工作电极应用到自制的H型电池中，H₂O₂的实际产量比其它已报道的非贵金属2e^– ORR催化剂都要高。这项研究为非贵金属电催化剂高效生产H₂O₂提供了一种有效的策略。

论文信息

Sn Bulk Phase Doping and Surface Modification on Ti₄O₇for Oxygen Reduction to Hydrogen Peroxide

Yue Sun, Dr. Yangjun Luo, Longhua Dai, Yanan Zheng, Prof. Huijuan Zhang, Prof. Yu Wang

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202303602