（a）脈沖電催化中的tcathode and trest；（b）、（c） 恒電位電催化和脈沖電位電催化之間的反應(yīng)路徑存在差異；（d） EDL電場(chǎng)強(qiáng)度變化對(duì)ORR中間體吸附能的影響；（e） 具有固有缺陷的石墨烯的中間體（*H/*O2/*OOH）吸附模型。
在脈沖電催化體系中，額外的trest可以為O2、H+和H2O2的擴(kuò)散提供足夠的時(shí)間，在催化劑表面形成高O2濃度同時(shí)低H2O2濃度的場(chǎng)景，這種電極-電解液界面上的介電弛豫可以減少電解質(zhì)中質(zhì)量輸運(yùn)造成的損耗；此外在EDL的充電過(guò)程中，電子在電催化劑中會(huì)發(fā)生快速而大量的積累，從而顯著改變催化劑的活化能；在EDL放電過(guò)程中，雙電層電場(chǎng)強(qiáng)度的改變也會(huì)導(dǎo)致催化劑表面對(duì)一系列中間體的吸附能力發(fā)生變化。這種由電位瞬態(tài)變化而引發(fā)的非法拉第過(guò)程，包括電容性行為、電子聚集行為和EDL電場(chǎng)強(qiáng)度變化，能夠?qū)﹄姶呋瘎┑慕Y(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，都能夠進(jìn)一步影響ORR產(chǎn)物/反應(yīng)物在對(duì)流區(qū)的擴(kuò)散，更新擴(kuò)散層及雙電層中的離子濃度和物質(zhì)分布。
結(jié)論
本文提出利用脈沖電催化來(lái)實(shí)現(xiàn)2eORR產(chǎn)H2O2中反應(yīng)物吸附、電化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)物擴(kuò)散的協(xié)同和多尺度調(diào)控。通過(guò)施加脈沖寬度為1s、占空比為30%、脈沖電壓為-1.0 V v.s. Ag/AgCl的脈沖電位，成功地將H2O2的產(chǎn)量提高了138.12%。此外證實(shí)了脈沖電催化中非法拉第電流密度與H2O2產(chǎn)量之間存在典型的“倒三角”關(guān)系，整體以1.0 mA·cm-2為分界點(diǎn)。DFT計(jì)算結(jié)果則表明，雙電層的放電過(guò)程能有效促進(jìn)O2在催化劑表面的吸附并適度調(diào)節(jié)*OOH的吸附能。*后從物質(zhì)擴(kuò)散、EDL充電過(guò)程中的電子積聚過(guò)程，及EDL放電過(guò)程中ORR中間體的吸附三方面提出了脈沖電催化促進(jìn)2eORR產(chǎn)H2O2的機(jī)制。該研究為脈沖電位電催化促進(jìn)H2O2生成的2eORR機(jī)理提供了新的見(jiàn)解，從而為今后電化學(xué)反應(yīng)的精確控制和高效傳導(dǎo)提供指導(dǎo)。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)周偉/高繼慧課題組簡(jiǎn)介
高繼慧，哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授，教育部創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育指導(dǎo)委員會(huì)委員，獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)3項(xiàng)；主持及組織完成國(guó)家科技部項(xiàng)目5項(xiàng)、自然科學(xué)基金項(xiàng)目10余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇，申請(qǐng)及授權(quán)國(guó)家發(fā)明**60余項(xiàng)。
周偉，哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院講師/碩導(dǎo)。立足儲(chǔ)能需求，致力于電催化能源轉(zhuǎn)化、電催化污染控制的基礎(chǔ)研究及技術(shù)研發(fā)。在J Mater Chem A, Chem Eng J, Electrochim Acta, Chemosphere, Adv Mater Interfaces, Sep Purif Technol, Electrochem Comm., Energy等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文40余篇，相關(guān)研究引用400余次。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金特別資助項(xiàng)目等多項(xiàng)科研項(xiàng)目。
丁雅妮，博士研究生，現(xiàn)就讀于哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院。主要研究方向?yàn)殡姶呋帢O還原反應(yīng)界面能質(zhì)傳遞調(diào)控、雜原子摻雜碳基電催化劑設(shè)計(jì)及（光）電催化高級(jí)氧化技術(shù)。以第一作者及共同作者于J Mater Chem A, Adv Mater Interfaces, Appl Catal B-environ, Chem Eng J, Electrochim Acta, Chemosphere等期刊上發(fā)表SCI論文10余篇。
文章信息
本文以“Pulsed Electrocatalysis Enables Efficient 2-electron Oxygen Reduction Reaction for H2O2 Production”為題發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A上，哈爾濱工業(yè)大學(xué)丁雅妮博士為第一作者，哈爾濱工業(yè)大學(xué)周繼慧教授為通訊作者。
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