Dual Lewis Acid Sites Enabling Passivation‐Resistant Sulfur Oxidation Coupled Hydrogen Evolution Reaction

化学 催化作用 路易斯酸 过电位 离解(化学) 硫化氢 无机化学 硫黄 吸附 钝化 双功能 硫化物 双功能催化剂 制氢 过渡金属 分解水 光化学 硫化镍 酸性气体 化学工程 硫代硫酸盐
作者
Hengrui Hu,Wenli Xu,Zhiwei Zeng,Xingyu Sun,Wenjing Ru,Qing Shang,Qing‐Qing Yang,Hanhan Kong,Tianyu Long,Jingyu He,Qin Zhang,Long Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.9794796
摘要

ABSTRACT The coupling of the sulfide oxidation reaction (SOR) with the hydrogen evolution reaction (HER) is a promising approach for energy‐saving hydrogen production and sulfide‐containing wastewater treatment. However, transition metal‐based catalysts suffer from sluggish kinetics and sulfur passivation at high current densities. Herein, an oxygen‐coordinated iridium single‐atom anchored on a nickel surface (Ir 1 O‐Ni/C) is designed to generate adjacent dual Lewis‐acid sites, thereby constructing a species‐selective catalytic surface. Mechanistic analysis reveals that the dual Lewis acid sites polarize interfacial water, reconstructing hydrogen bonding networks to promote water supply and enhancing their dissociation for HER, while strong Lewis acid−base interactions expedite the adsorption and conversion of sulfide ions during SOR. Meanwhile, the electron‐deficient Ni alleviates the excessive adsorption of neutral S 8 * and H*, thereby suppressing sulfur accumulation and accelerating hydrogen release. The optimized Ir 1 O‐Ni/C catalyst achieves a current density of 1 A cm −2 at an overpotential of 280 mV for HER, and requires only 0.67 V to deliver 500 mA cm −2 for SOR, with stable flow cell operation for over 50 h. The versatility of the approach is demonstrated by Ru/Pt x O‐Ni/C, which all show improved activity compared with the conventional Ni/C catalysts, providing atomic‐level insights into the development of bifunctional catalytic systems.
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