Hydrogen Sulfide Splitting into Hydrogen and Sulfur through Off-Field Electrocatalysis

电催化剂 化学 硫黄 硫化氢 制氢 分解水 电解 无机化学 催化作用 氧化还原 电化学 硫化物 光催化 电极 电解质 有机化学 物理化学
作者
Zijin Wang,Qing‐Nan Wang,Weiguang Ma,Tiefeng Liu,Wei Zhang,Panwang Zhou,Mingrun Li,Xinyi Liu,Qingbo Chang,Haibing Zheng,Ben Chang,Can Li
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (24): 10515-10523 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c00312
摘要

Hydrogen sulfide (H2S), a toxic gas abundant in natural gas fields and refineries, is currently being removed mainly via the Claus process. However, the emission of sulfur-containing pollutants is hard to be prevented and the hydrogen element is combined to water. Herein, we report an electron-mediated off-field electrocatalysis approach (OFEC) for complete splitting of H2S into H2 and S under ambient conditions. Fe(III)/Fe(II) and V(II)/V(III) redox mediators are used to fulfill the cycles for H2S oxidation and H2 production, respectively. Fe(III) effectively removes H2S with almost 100% conversion during its oxidation process. The H+ ions are reduced by V(II) on a nonprecious metal catalyst, tungsten carbide. The mediators are regenerated in an electrolyzer at a cell voltage of 1.05 V, close to the theoretical potential difference (1.02 V) between Fe(III)/Fe(II) and V(II)/V(III). In a laboratory bench-scale plant, the energy consumption for the production of H2 from H2S is estimated to be 2.8 kWh Nm–3 H2 using Fe(III)/Fe(II) and V(II)/V(III) mediators and further reduced to about 0.5 kWh Nm–3 H2 when employing well-designed heteropolyacid/quinone mediators. OFEC presents a cost-effective approach for the simultaneous production of H2 and elemental sulfur from H2S, along with the complete removal of H2S from industrial processes. It also provides a practical platform for electrochemical reactions involving solid precipitation and organic synthesis.
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