Bioinspired Sulfo oxygen bridges optimize interfacial water structure for enhanced hydrogen oxidation and evolution reactions

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作者
Chengdong Yang,Yun Gao,Zhenyu Xing,Xinxin Shu,Zechao Zhuang,Yueqing Wang,Yijuan Zheng,Shuang Li,Chong Cheng,Dingsheng Wang,Jintao Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 6459-6459 被引量:40
标识
DOI:10.1038/s41467-025-61871-2
摘要

Uncovering the dynamic structures of water at the electrode-solution interface is crucial for various electrocatalysis processes, where water acts as a proton and electron source. However, precisely controlling the state of water on complex interfaces remains challenging. Inspired by the metalloproteins in natural enzymes, we herein demonstrate that the hydrophilic sulfo-oxygen bridging between Co and Ru sites (Cos-SO-Ru) optimizes interfacial water structure via a favorable hydrogen-bond network, promoting hydrogen oxidation and evolution reactions. Mechanistic studies reveal that the stereoscopic sulfo-oxygen bridges enhance the connectivity of hydrogen-bond network to promote the proton transfer process via repelling cations from the electrode surface. Furthermore, electron donating Co sites reduce the surface oxophilicity of Ru to optimize the adsorption-desorption behaviors of hydroxyl, governing the timely refreshed Ru sites to enhance catalytic performances. Such bioinspired active sites offer a different pathway for the precise design of interfacial water structure to improve electrocatalysis. The hydrogen economy offers a promising route to reduce fossil fuel use, but efficient hydrogen cycling remains challenging. Here, the authors report a bioinspired sulfo-oxygen bridge that optimizes the interfacial water structure to boost hydrogen oxidation and evolution reactions.
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