Bifunctional Co3S4 Nanowires for Robust Sulfion Oxidation and Hydrogen Generation with Low Power Consumption

双功能 材料科学 分解水 海水 钝化 氧化还原 纳米技术 无机化学 化学工程 催化作用 有机化学 冶金 光催化 海洋学 地质学 工程类 化学 图层(电子)
作者
Zehao Xiao,Chang Lu,Jie Wang,Yinyin Qian,Bowen Wang,Qiang Zhang,Aidong Tang,Huaming Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (7) 被引量:89
标识
DOI:10.1002/adfm.202212183
摘要

Abstract Sulfion oxidation reaction holds great potential for replacing kinetically sluggish water oxidation to save power consumption and simultaneously purifying environmental sulfion‐rich sewage. However, it is still challenged by the insufficient mechanism understanding and questionable stability caused by sulfur passivation. Here, it is demonstrated that bifunctional Co 3 S 4 nanowires for assembling hybrid seawater electrolyzer that combines anodic sulfion oxidation and cathodic seawater reduction with an ultra‐low power consumption of 1.185 kWh m −3 H 2 under 100 mA cm −2 , saving energy consumption over 70% compared to the traditional water splitting system. Unlike water is oxidized into O 2 at high potentials under alkaline water splitting system, experiments combined with in situ characterizations uncover the stepwise oxidation of S 2− to short‐chain polysulfides and then to value‐added product of S 8 . Density functional theory calculations prove that Co 3 S 4 possesses reduced energy barriers in the rate‐determining S 3 2− to S 4 − oxidation step and S 8 desorption step, promoting conversion of short‐chain polysulfides and efficient desorption of S 8 . These findings reveal the catalytic mechanism of sulfion oxidation and inspire an economic approach toward the fabrication of bifunctional Co 3 S 4 for achieving energy‐saving hydrogen production from seawater while rapidly disposing sulfion‐rich sewage with boosted activity and stability.
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