Benchmarking the Stability of State-of-the-Art H₂O₂ Electrocatalysts under Acidic Conditions

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Fortunato, Guilherme V. ; Jung, Daniele C. ; Lourenco, Julio C. ; Bhuyan, Pallabi ; Choi, Ji Sik ; You, Xiangyu ; Lim, Sumin ; Melchionna, Michele ; Sezen, Hikmet ; Hofmann, Jan P. ; Fornasiero, Paolo ; Lanza, Marcos R. V. ; Ledendecker, Marc

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: ACS CATALYSIS; v. 15, n. 11, p. 11-pg., 2025-05-10.

Resumo

Electrocatalytic hydrogen peroxide (H2O2) production presents a promising alternative to conventional synthesis methods, such as the anthraquinone process. It utilizes electrocatalysts to selectively reduce oxygen through a two-electron transfer (ORR-2e-) mechanism. However, designing affordable, selective, and stable catalytic materials is challenging, as they face degradation under reaction conditions. To evaluate the long-term performance and reliability of electrocatalysts, accelerated stress tests (ASTs) are commonly employed to simulate and understand the catalyst's degradation pathways in a shorter time. For the electrosynthesis of H2O2, however, a standardized approach is notably absent, and there is a dearth of comparative analysis across various catalyst classes. In this study, we have designed and tested three distinct AST protocols to investigate the deactivation processes involved during the electrocatalytic H2O2 production in acidic media. We assessed the performance of four leading catalysts, each exhibiting over 90% selectivity. These included palladium single atoms, gold and palladium nanoparticles, and cobalt nanoparticles encapsulated in carbon, all supported on high surface area carbon. Our investigation revealed substantial variations in stability, contingent upon the specific material and the applied degradation protocol. This approach enables a comprehensive understanding and evaluation of the stability of electrocatalysts as well as facilitates the development of more continuous and cost-effective H2O2 production routes. (AU)

• Processo FAPESP: 21/12053-8 - Uso de lodo de tratamento de esgoto na síntese de carbono ativo modificado com óxidos nano estruturados (Ce, Nb, Ta, e Pd ) e sua aplicação na geração eletroquímica de peróxido de hidrogênio
• Beneficiário: Julio César Lourenço
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - 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
• Processo FAPESP: 23/04230-2 - Potencializando a geração eletroquímica de H2O2 a partir de carbono ativado derivado de resíduos usando modificação de catalisador com Pd e Pt
• Beneficiário: Julio César Lourenço
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• 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