Molecular Engineering of Wastewater Nickel into Single‐Site Electrocatalysts for Hydrogen Peroxide Production with Industrial Level Current

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作者
Qianqing Guo,Baojing Huang,Guangyong Bo,Huijing Ma,Yichan Wen,Xia Long,Xufang Qian,Yixin Zhao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (49): e202514519-e202514519 被引量:6
标识
DOI:10.1002/anie.202514519
摘要

Abstract The persistent environmental threat posed by nickel‐laden industrial wastewater demands advanced strategies beyond conventional treatment‐and‐dispose methods. Here, we propose a coordination chemistry‐guided approach to molecularly engineer nickel complexes from wastewater into single‐site electrocatalysts for the two‐electron oxygen reduction reaction (2e − ORR). By precisely tailoring the ligand fields using sodium dimethyl dithiocarbamate (SDD), the derived SDD‐Ni catalyst exhibits >95% Faradaic efficiency for H 2 O 2 synthesis across industrial‐level current densities (200–800 mA cm −2 ) in flow‐cell. Notably, at 781 mA cm −2 , the catalyst delivers a record H 2 O 2 productivity of 70.75 mol g cat −1 h −1 . Real‐wastewater‐derived SDD‐Ni catalysts showed similar performance and sustained >450 h stability in continuous flow‐cell operation, underscoring their practical feasibility. Mechanistic studies reveal that the square‐planar Ni–S 4 coordination structure enables end‐on O 2 adsorption and optimal *OOH intermediates binding, ensuring exceptional 2e − ORR selectivity. This work provides a molecular‐level solution for decentralized H 2 O 2 production by repurposing hazardous Ni wastes into high‐value electrocatalytic systems.
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