Defective In2S3 with Proton‐Enriched Interface Enable Sacrificial‐Agent‐Free Visible‐Light Photocatalytic H2O2 Production

质子化 材料科学 硫化物 吸附 纳米技术 氧还原 氧气 产量(工程) 过氧化氢 光催化 化学工程 光化学 电子转移 解耦(概率) 制氢 硫化氢 合理设计 催化作用 路易斯酸 组合化学 工作(物理) 可持续能源 质子 量子隧道 高能 析氧
作者
Dongdong Chu,Chao Xing,Dayu Sun,Shuzhou Li,Lan Ling
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202516500
摘要

Abstract Photocatalytic oxygen reduction provides a sustainable route for hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) production, but its practical implementation is impeded by ineffective O 2 activation and sluggish protonation kinetics. Here, a synergistic strategy combining defect engineering and interfacial microenvironment modulation is introduced to break these bottlenecks. Specifically, sulfur‐vacancy (S V )‐rich indium sulfide (In 2 S 3 ) grafted with polyethyleneimine (PEI) achieves a remarkable H 2 O 2 yield of 194.0 µ m h −1 under visible‐light in pure water, ≈33.4 times higher than that of pristine In 2 S 3 (5.8 µ m h −1 ). Experimental and theoretical results reveal that S V ‐induced low‐coordination In sites act as Lewis acid centers to stabilize end‐on O 2 adsorption and facilitate the generation of the critical •O 2 − intermediates. Surface‐grafted PEI substantially reduces the energy barrier for protonation of * •O 2 − to * OOH intermediates via an effective proton transfer process, favoring H 2 O 2 synthesis. By decoupling and optimizing O 2 activation and protonation dynamics, this work establishes a mechanism‐driven paradigm for rational design of high‐performance photocatalysts.
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