Beyond Conventional Doping: Sulfur‐Induced Electronic and Interfacial Dynamics for Advanced Nitrate Reduction

硫黄 还原(数学) 兴奋剂 硝酸盐 材料科学 环境科学 化学 光电子学 冶金 数学 有机化学 几何学
作者
Qinghao Zhang,Qinghao Zhang,Weilan Ye,Wenda Chen,Wei Zeng,Yingqi Xu,Bin Liang,Qixin Wang,Shuyuan Wu,Xiao Dong,Yongliang Li,Xiangzhong Ren,Huiqun Cao,Dantong Zhang,Xiaopeng Han,Shenghua Ye,Jianhong Liu,Qianling Zhang,Qianling Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (32): e202504815-e202504815 被引量:18
标识
DOI:10.1002/anie.202504815
摘要

Abstract Electrochemical nitrate reduction reaction (NO 3 − RR) to ammonia (NH 3 ) offers a sustainable route for NH₃ synthesis and environmental remediation, yet it is hindered by sluggish kinetics due to inefficient proton‐coupled electron transfer (PCET) processes and inadequate electrocatalyst design. Conventional approaches primarily focus on the bulk electronic modulation of the electrocatalyst while neglecting interfacial water dynamics. Here, we propose a dual‐functional sulfur‐doping strategy in Co 3 O 4 (S‐Co 3 O 4 ) to simultaneously enhance bulk conductivity and optimize interfacial proton transfer. Through innovative benzene sulfonyl chloride blocking experiment, in situ spectroscopic analyses, and kinetic isotope effect studies, we reveal that sulfur doping narrows the bandgap of Co 3 O 4 to enhance bulk charge transport while disrupting rigid hydrogen‐bond network of water in the electric double layer; the weakly hydrogen‐bonded H 2 O reduces the dissociation barrier and facilitates proton supply for nitrate hydrogenation. The proposed “electronic‐interfacial synergy” strategy establishes a transformative paradigm for designing electrocatalysts in PCET‐driven reactions, advancing sustainable energy conversion and environmental applications.
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