Modulating Active Hydrogen Supply and O 2 Adsorption: Sulfur Vacancy Matters for Boosting H 2 O 2 Photosynthesis Performance

光催化 吸附 密度泛函理论 光化学 人工光合作用 选择性 材料科学 键裂 催化作用 空位缺陷 硫黄 制氢 化学 计算化学 物理化学 结晶学 有机化学
作者
Yamin Xi,Chaoqi Zhang,Wenjing Tu,Yuntian Guo,Tong Bao,Yingying Zou,Chao Liu,Chengzhong Yu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (25): e202505046-e202505046 被引量:33
标识
DOI:10.1002/anie.202505046
摘要

Abstract Photocatalytic two‐electron oxygen reduction reaction (2e − ORR) represents a promising approach for H 2 O 2 production. However, the lack of photocatalysts with appropriate O 2 adsorption and hydrogenation capabilities impedes the H 2 O 2 production performance. Herein, we report the synthesis of Ni‐doped ZnS hollow nanocubes with S vacancies (Ni‐ZnS‐Sv) as a dual‐site 2e − ORR photocatalyst for efficient H 2 O 2 production. Experimental results and density functional theory calculations reveal the vital roles of Sv in modulating the electronic structures of Ni and S dual sites toward enhanced 2e − ORR selectivity and activity. The atomically dispersed Ni sites with electron‐rich state enable a Pauling‐type (end‐on) O 2 adsorption configuration and a modest binding strength of O 2 and OOH*, largely avoiding the O─O bond cleavage. Besides, the formation of electron‐deficient S sites weakens the S─H ads bond, facilitating *H ads migration to adjacent Ni sites and accelerating the hydrogenation kinetics of O 2 to OOH* intermediate. As a result, the elaborately designed Ni‐ZnS‐Sv photocatalyst exhibits a high H 2 O 2 yield of 5649.49 µmol g −1 h −1 under UV–vis light irradiation in pure water. Our work offers new insights into the design principles of high‐performance photocatalysts for artificial H 2 O 2 photosynthesis systems.
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