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Decoding systematic effects and mass transport in H2O2 production via Aux/C ORR electrocatalysis

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Choi, Ji Sik ; Fortunato, Guilherme, V ; Malinovic, Marko ; Koh, Ezra S. ; Aymerich-Armengol, Raquel ; Scheu, Christina ; Wang, Huize ; Hutzler, Andreas ; Hofmann, Jan P. ; Lanza, Marcos R. V. ; Ledendecker, Marc
Número total de Autores: 11
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: NANO ENERGY; v. 137, p. 10-pg., 2025-03-04.
Resumo

Traditionally, evaluating a catalyst's activity has focused on its intrinsic properties. However, the observed catalytic behavior can be significantly influenced by both systematic parameters and mesoscopic mass transport limitations. Although the independent roles of various factors are known, their intricate interplay within electrocatalysis remains elusive. This work presents a comprehensive investigation into the interplay between these factors in the selective generation of hydrogen peroxide (H2O2) via the oxygen reduction reaction (ORR) using Aux/C catalysts with varying particle sizes. By considering the exchange of surface-bound reaction intermediates between the electrode and bulk electrolyte, we reveal how the catalyst's surface area can influence selectivity through kinetic competition. This effect becomes particularly relevant for technologically important reactions such as the ORR, where multiple product pathways exist. This study underscores the need for a multi-scale approach that considers all these factors, especially for reactions involving multiple reaction pathways. Precise tuning of these parameters is essential for achieving a reliable and equitable assessment of electrocatalysts, paving the way for optimizing H2O2 production and similar multi-step electrocatalytic reactions. (AU)

Processo FAPESP: 19/04421-7 - Produção e caracterização de nanocompositos metal-grafeno ou óxido de grafeno visando a produção eletrocatalítica de peróxido de hidrogênio: Uma aplicação à degradação de desreguladores endócrinos por processos eletroquímicos oxidativos avançados
Beneficiário:Guilherme Vilalba Fortunato
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 21/14194-8 - Produção e caracterização de nanocompositos metal-grafeno ou óxido de grafeno visando a produção eletrocatalítica de peróxido de hidrogênio: uma aplicação à degradação de disruptores endócrinos por processos eletroquímicos oxidativos avançados
Beneficiário:Guilherme Vilalba Fortunato
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 22/12895-1 - Processos avançados para a degradação de poluentes emergentes: materiais catalíticos, sensores eletroanalíticos e divulgação científica
Beneficiário:Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático