基于 Ce 掺杂 Nb$_2$O$_5$修饰的 Vulcan XC72 碳基电催化剂提高 H$_2$O$_2$ 电生成效率
材料科学
2025-05-23 v1 化学物理
摘要
利用氧还原反应（ORR）现场产生 HO 作为取代基于蒽醌氧化方法的吸引力替代方案。本研究考察了将 Ce 掺杂 NbO 以不同摩尔比例修饰 Vulcan XC72 碳的效果，并将其应用于 ORR 作为电催化剂。通过 X 射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、接触角测量和 X 射线光电子能谱对电催化剂进行表征。随后对电催化剂进行 ORR 测试，结果显示以 0.5% Ce 掺杂的 NbO 表现出最佳的电催化性能。该电催化剂还被用于气体扩散电极，其在所有电位下产生的 HO 量均显著高于仅掺杂 NbO 的 Vulcan XC72 碳。在应用电位为 -1.3 V 和 -1.9 V 时，分别比仅掺杂 NbO 的 Vulcan XC72 碳多产 HO 105% 和 86%。这些结果可归因于 Ce 掺杂导致 NbO 晶格局部畸变，由于 Nb 与 Ce 离子半径之差，结合增加的疏水性和润湿性能，有助于电子传递和 O 传输，促进 ORR。
引用
@article{arxiv.2505.16871,
title = {Improvement of H$_2$O$_2$ electrogeneration using a Vulcan XC72 carbon-based electrocatalyst modified with Ce-doped Nb$_2$O$_5$},
author = {Aline B. Trench and João Paulo C. Moura and Vanessa S. Antonin and Caio Machado Fernandes and Liying Liu and Mauro C. Santos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.16871},
year = {2025}
}