Effect of fluorine doping on the electrocatalytic properties of Nb2O5 for H2O2 electrogeneration

Autor(es)

Trench, Aline B. ; Moura, Joao Paulo C. ; Fernandes, Caio Machado ; Santos, Mauro C.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY; v. 992, p. 10-pg., 2025-09-01.

Resumo

The oxygen reduction reaction (ORR) via the 2-electron mechanism is an efficient way to produce hydrogen peroxide (H2O2) under mild conditions. This study examines the modification of Vulcan XC72 carbon with fluorine (F)-doped niobium oxide (Nb2O5) nanoparticles at varying molar ratios (0, 0.005, 0.01, 0.02). The Fdoped Nb2O5 nanoparticles were synthesized using the oxidizing peroxide method and then incorporated into Vulcan XC72 carbon via impregnation. Characterization techniques included X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), contact angle measurements, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Electrochemical evaluation using the rotating ring disk electrode method revealed that Vulcan XC72 modified with 1.0 % F-doped Nb2O5 exhibited the best ORR performance. When used as a gas diffusion electrode, this electrocatalyst produced more H2O2 at all applied potentials than the pure and Nb2O5-modified Vulcan XC72 carbon. At potentials of -0.7 V and -1.3 V, the proposed electrocatalyst achieved H2O2 yields 65 % and 98 % higher than the Nb2O5-modified electrocatalyst. Furthermore, it presented lower energy consumption and higher current efficiency than the other electrocatalysts compared in this study. The enhanced performance is attributed to F doping, which increased Nb2O5 lattice distortion and disorder, improving electron availability for ORR. Additionally, F-doped electrocatalysts exhibited more oxygenated species and greater hydrophilicity, facilitating O2 adsorption, transport, and electron transfer. These properties significantly enhanced H2O2 electrogeneration efficiency while reducing energy consumption. (AU)

• 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: 21/05364-7 - Eletrocatalisadores nanoestruturados baseados em óxidos de manganês e tungstênio suportados em carbono visando eletrogeração de peróxido de hidrogênio e degradação eletroquímica de ciprofloxacino
• Beneficiário: João Paulo Carvalho Moura
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 22/10484-4 - Aplicação de nanomateriais de baixo custo para degradação de interferentes endócrinos por meio de processos de oxidação avançada eletroquímicos sob influência de um campo magnético
• Beneficiário: Caio Machado Fernandes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 21/14394-7 - Utilização de carbono Vulcan XC-72 modificado com nanoestruturas de nióbio dopadas com fluor e/ou cério na eletrogeração de H2O2 para degradação de desreguladores endócrinos por processos eletroquímicos oxidativos avançados
• Beneficiário: Aline Barrios Trench
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 22/15252-4 - Eletrocatalisadores nanoestruturados para aplicação em células a combustível alcalinas-ácidas diretas de glicerol
• Beneficiário: Mauro Coelho dos Santos
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular