Unlocking One‐Step Two‐Electron Oxygen Reduction via Metalloid Boron‐Modified Zn3In2S6 for Efficient H2O2 Photosynthesis

类金属 光合作用 氧还原 化学 氧气 还原(数学) 氧化还原 无机化学 环境化学 光化学 电化学 有机化学 金属 生物化学 物理化学 数学 几何学 电极
作者
Jian Zhou,Yanfei Mu,Meng Qiao,Meng‐Ran Zhang,Su‐Xian Yuan,Min Zhang,Tong‐Bu Lu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202506963
摘要

The indirect two‐step two‐electron oxygen reduction reaction (2e− ORR) dominates photocatalytic H2O2 synthesis but suffers form sluggish kinetics, •O2−‐induced catalyst degradation, and spatiotemporal carrier‐intermediate mismatch. Herein, we pioneer a metal‐metalloid dual‐site strategy to unlock the direct one‐step 2e− ORR pathway, demonstrated through boron‐engineered Zn3In2S6 (B‐ZnInS) photocatalyst with In‐B dual‐active sites. The In‐B dual‐site configuration creates a charge‐balanced electron reservoir by charge complementation, which achieves moderate O2 adsorption via bidentate coordination and dual‐channel electron transfer, preventing excessive O−O bond activation. Simultaneously, boron doping induces lattice polarization to establish a built‐in electric field, quintupling photogenerated carrier lifetimes versus pristine ZnInS. These synergies redirect the O2 activation pathway from indirect to direct 2e− ORR process, delivering an exceptional H2O2 production rate of 3121 μmol g−1 h−1 in pure water under simulated AM 1.5G illumination (100 mW cm−2)—an 11‐fold enhancement over ZnInS. The system achieves an unprecedented apparent quantum yield of 49.8% at 365 nm for H2O2 photosynthesis among inorganic semiconducting photocatalysts, and can continuously produce medical‐grade H2O2 (3 wt%). This work provides insights for designing efficient H2O2 photocatalysts and beyond.
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