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

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:137 (25) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/ange.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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