image: PVDC在KOH的作用下进行脱卤反应，脱除Cl和H官能团，生成清洁的副产品KCl和H2O。此时脱除官能团的碳位点表现出较高的反应活性，与H3BO3偶联形成C-B或C-O-B键。此后，通过惰性退火得到了B掺杂的聚合C。SEM和HRTEM图像证明了O-BC-2-650具有三维互连的多孔结构以及短程石墨化的非晶态。EDS能谱表明B和O在碳基体中的均匀分布。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，山东科技大学张国新教授与盐城师范学院常营娜博士在《Science China Materials》期刊上发表题为“Oxygenated boron-doped carbon via polymer dehalogenation as an electrocatalyst for high-efficiency O2 reduction to H2O2”，文章DOI：10.1007/s40843-021-1891-2。在这项工作中，开发了一种廉价、简单且绿色的方法制备了B掺杂碳材料，并研究了其电催化合成H2O2的应用。硼元素相比于碳（2.55）而言具有较低的电负性（2.04）。当B原子与C原子相邻时带正电，这有利于O2分子的化学吸附。该工作中，含氧硼掺杂碳材料的合成过程为：以PVDC为碳源、KOH为脱卤剂、硼酸为掺杂源，通过有机脱卤策略实现材料合成。通过改变硼酸的质量以及焙烧温度，调控硼掺杂碳的组分及形貌结构，获得优化材料的合成参数和最优的H2O2选择性。
电化学测试表明: 最佳的O-BC-2-650样品表现出高达98%的H2O2选择性; 在H型碱性电解槽中H2O2平均产率为412.8 mmol gcat.−1 h−1 。密度泛函理论计算模拟表明: 在碳基体中插入B-O物种可以显著提高其通过2e− ORR电化学合成H2O2的催化性能，并且B原子在BC2O结构中的B原子表现为最活跃的位点，在吸附O2的氢化过程中获得最低的吉布斯自由能差（ΔG）0.03 eV；而没有与氧原子相连或者与两个氧原子相连的B原子则具有较大的ΔG（分别为0.08和0.10 eV）。综上，将含氧B元素引入碳骨架，有效地促进了材料的O2电化学合成H2O2的性能。这项研究为电催化合成H2O2提供了一种有前景的高性能、低成本电催化剂，突出了含氧B掺杂碳催化剂在实际应用中的可行性，也为先进无金属掺杂碳催化剂的设计及应用提供了新思路。
研究详情请见原文：
Oxygenated boron-doped carbon via polymer dehalogenation as an electrocatalyst for high-efficiency O2 reduction to H2O2
https://doi.org/10.1007/s40843-021-1891-2