地球豊富なコバルトパイライト（CoS2）を用いた選択的酸素還元によるH2O2の電解触媒的生成

分散型の現地での過酸化水素（H2O2）の生成は、選択的二電子（2e–）酸素還元反応（ORR）に対して効率的で堅牢、かつ安価な電解触媒に依存しています。ここでは、計算と実験を組み合わせて、地球豊富な遷移金属化合物であるコバルトパイライト（CoS2）が酸性溶液中で2e– ORRに対して活性かつ選択的であることを示します。回転リングディスク電極（RRDE）上にスプレーキャストされたCoS2ナノ材料は、高い触媒負荷下で0.05 M H2SO4中で選択的かつ効率的なH2O2生成を示し、構造分析と表面分析によりその運用安定性が評価されました。高表面積のカーボンファイバーペーパー電極上に直接成長したCoS2ナノワイヤーは、大型ORR電解の全体的な性能を向上させ、H2O2生成物は化学的に定量され、可逆水素電極（RHE）に対して0.5 Vで約70%のH2O2選択性を示しました。これはRRDE結果と良好に一致しています。計算では、CoS2の単一CoサイトにおけるOOH*吸着物質の控えめな結合と、結晶構造における活性サイトエンセmblesの欠如に起因するO–O結合の解離の運動論的に不利な特性が示唆されており、これは実験的に観察された活性と選択性とも一致しています。CoS2はまた、腐食性のない中性溶液中で2e– ORRを低い活性と選択性で触媒します。この研究は、効率的なH2O2生成のための高い活性と選択性を持つ電解触媒を探索するための多様な地球豊富な遷移金属化合物の探索を開きます。