​Carbon Energy: 调节pH值，“开关”Pd/CNS催化HCOOH和H2O2产生H2和O2

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本文通过将超细Pd纳米颗粒(NPs)固定在碳纳米球(CNS)表面上来设计和合成有效的Pd/碳纳米球(CNS)纳米催化剂

​Carbon Energy: 调节pH值，“开关”Pd/CNS催化HCOOH和H2O2产生H2和O2
水化学水分解是一种绿色便捷的产生H2和O2的方法，但是仍缺乏理想的电催化剂，以及使用膜从O2中分离出H2也较为困难。因此，有必要去探索有效和经济的方法来进行产H2和O2。
近日，三峡大学刘湘和法国波尔多第一大学Didier Astruc等通过将超细Pd纳米颗粒(NPs)固定在碳纳米球(CNS)表面上来设计和合成有效的Pd/碳纳米球(CNS)纳米催化剂，用于从HCOOH脱氢选择性生成H2以及分解H2O2产O2。
​Carbon Energy: 调节pH值，“开关”Pd/CNS催化HCOOH和H2O2产生H2和O2
​Carbon Energy: 调节pH值，“开关”Pd/CNS催化HCOOH和H2O2产生H2和O2
最佳的Pd/CNS-800催化剂对于催化HCOOH和H2O2分别产氢和产氧具有优异的活性，产氢和产氧速率分别为2478 molH2 molPd-1 h-1和993 molH2 molPd-1 h-1。一些列表征结果证明，CNS-800中的石墨化碳或氮是Pd原子的电子供体，增加了它的表面电子密度，促进了HCOOH脱氢过程中C-H键的断裂。
​Carbon Energy: 调节pH值，“开关”Pd/CNS催化HCOOH和H2O2产生H2和O2
​Carbon Energy: 调节pH值，“开关”Pd/CNS催化HCOOH和H2O2产生H2和O2
Pd/CNS-800催化HCOOH脱氢的机理为：HCOOH分子被吸附在Pd/CNS-800的Pd NP表面上并质子化并形成Pd-H键；随后，β-氢化物消除配位甲酸盐产生CO2*；最后，通过还原消除Pd NP表面上的两个H*以释放H2。此外，为了避免长期储存和运输H2气体过程中的安全风险和高成本，通过pH调节，在Pd/CNS-800催化剂上HCOOH脱氢产生的H2成功地“打开”和“关闭”。
具体而言，加入NaOH后，由于FA转化为SF，H2生成立即中止。然后，加入H2SO4溶液，通过FA重建重新激活H2生成。这种新型高效的纳米催化剂不仅为HCOOH和H2O2分别作为燃料电池经济安全的H2和O2载体提供了新的应用途径，而且促进了具有“开关”作用催化剂的发展。
“On-off” switch for H2 and O2 generation from HCOOH resp. H2O2. Carbon Energy, 2022. DOI: 10.1002/cey2.269

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