Surface Hydroxyl Network Promoted Hydrogen Transfer Dynamics for Efficient Photocatalytic Acetylene Semi‐Hydrogenation

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作者
Menghui Deng,Zhihan He,Youyu Pang,Rui Bai,Tengfeng Xie,Jichao Zhang,Jichao Zhang,Linjia Li,Jian Zhang,Jian Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (7): e24752-e24752 被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.202524752
摘要

Photocatalytic semi-hydrogenation of acetylene (C2H2) to ethylene (C2H4) is seriously limited by the inefficient generation and directional transfer of active hydrogen species. Here, we report a proton-coupled electron transfer (PCET) mechanism for photocatalytic acetylene semi-hydrogenation by establishing a hydroxyl network over hydroxyl-modified carbon nitride (C3N4-OH)/Ni(OH)2 composite. Such a hydroxyl network not only enhances photogenerated charge separation but also establishes a strong hydrogen-bonding microenvironment for adsorbing interfacial water and facilitating hydrogen transfer dynamics. Femtosecond transient absorption (fs-TA) spectroscopy, in situ photochemical infrared spectroscopy, kinetic isotope effect (KIE), and active hydrogen (H*)-trapping reveal that the fast proton transfer via a PCET mechanism, rather than a conventional hydrogen atom transfer (HAT) pathway. Eventually, the C3N4-Ni(OH)2 achieves an exceptionally high C2H4 production rate of 15.7 mmol gcat -1 h-1 with a C2H4 selectivity of 98.2% under simulated solar irradiation. For purifying a crude C2H4 stream containing 0.5 vol% C2H2, the C2H2 conversion remains ∼98% over a long-term continuous-flow operation. This work elucidates the pivotal role of surface hydroxyl networks in governing hydrogen kinetics and paves a new avenue for the design of high-performance photocatalysts.
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