第一作者：Zhaoquan Xu; Jie Liang
通讯作者：Yan Wang; Dongwei Ma; Xuping Sun
通讯单位：电子科技大学
研究内容：
电化学氧还原反应(ORR)被认为是一种有吸引力的替代蒽醌工艺的可持续过氧化氢(H2O2)生产。然而，由于与四电子ORR的激烈竞争，其选择性较低，需要高效的催化剂来驱动二电子ORR。本文提出了一种酸氧化策略，通过原位生成表面无定形氧缺陷的TiO2-X层来提高金属TiC的二电子ORR活性。得到的a- TiO2-X/TiC具有较低的过电位和较高的H2O2选择性(在0.5 V相对于可逆氢电极时为94.1%)，并且在0.30 V（相对于RHE）时具有良好的稳定性，其产率为7.19 mol g cat. –1h –1。作者通过密度泛函理论计算进一步揭示了a-TiO2-X/TiC的电催化机理。
要点一：
过渡金属碳化物（TMCs）由于能够更好的进行电荷转移，被认为是ORR电催化剂的优良载体。在TMC中，TiC在较宽的pH范围内具有较好的析氧/还原反应稳定性，由于其在二电子ORR过程中选择性有限，所以作者通过在浓硫酸中热处理TiC纳米颗粒，在表层创建无定形缺氧TiO2-X (a-TiO2-X)结构来显著提高其二电子ORR活性，a-TiO2-X/TiC的起始电位为0.75 V，接近二电子ORR的热力学极限，与原始TiC相比，产生H2O2的环电流几乎增加了2倍。对于a-TiO2-X/TiC，磁盘电流能迅速增加到有限电流， a-TiO2-X/TiC的选择性约为93%，远远优于原始TiC (62%)。
要点二：
a-TiO2-X/TiC良好的选择性可归因于以下三个原因：（1）其高度无序的表层允许足够的电解质扩散，并为二电子途径提供更多的催化活性位点，从而提高活性和选择性；（2）其金属芯可以有效地促进电子在准金属a-TiO2-X/TiC结构上的转移，从而使电极动力学更加容易；（3）氧空位的存在进一步优化了电催化活性，使氧的吸附和解吸很容易进行。作者还研究了酸氧化时间对a-TiO2-X/TiC电化学性能的影响认为酸化12h可获得最佳性能。
图1：(a)原始TiC和a-TiO2-X/TiC的XRD谱图；(b)原始TiC和(c) a-TiO2-X/TiC的TEM图像。(d)原始TiC和(e) a-TiO2-X/TiC的HRTEM图像。
图2：(a)原始TiC和a-TiO2-X/TiC的XPS光谱；在Ti 2p (b)，C 1s (C)和O 1s (d)区域的XPS光谱；原始TiC和a-TiO2-X/TiC的拉曼光谱(e)和EPR光谱(f)。
图3：(a)原始TiC和a-TiO2-X/TiC的极化曲线。（b）原始TiC和a-TiO2-X/TiC的选择性和（c）Nyquist图。(d) a-TiO2-X/TiC的稳定性评估。(e) 12小时稳定性测试前后a-TiO2-X/TiC的电流。(f) FE和H2O2与其他电催化剂的产率比较。
图4：(a)二电子ORR的火山图；(b) 火山顶峰附近的OOH*系统的原子构型图4b 。
参考文献：
Xu Z, Liang J, Wang Y, et al. Enhanced Electrochemical H2O2 Production via Two-Electron Oxygen Reduction Enabled by Surface-Derived Amorphous Oxygen-Deficient TiO2–x [J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13 (28):33182.
