Nafion-Mediated Proton Transfer Facilitates the Electroreduction of SO2 to H2S

Nafion公司 材料科学 质子 化学工程 电催化剂 无机化学 电极 物理化学 电化学 化学 量子力学 物理 工程类
作者
Hui Liu,Zhujiang Wang,Hao Chen,Yushan Tu,Jun Wu,Fenghua Shen,Xudong Liu,Yingxue Fu,Lin Wu,Jiaqi Long,Kaisong Xiang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (50): 58508-58516 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.3c14546
摘要

The electrocatalytic reduction of SO2 to produce H2S is a critical approach for achieving the efficient utilization of sulfur resources. At the core of this approach for commercial applications lies the imperative need to elevate current density. However, the challenges posed by high current density manifest in the rapid depletion of protons, leading to a decrease in SO2 partial pressure, consequently hampering the generation and separation of H2S. Here, we demonstrate an effective solution to alleviate the problem of insufficient supply of protons by employing Nafion polymer as the proton conductor to modified Cu catalysts surface, creating a proton-enriched layer to boost H2S generation. It was observed that Nafion shortens the hydrogen bonds with water molecules in the electrolyte via its sulfonic acid groups, benefiting the proton transfer and consequently increasing the proton density on the electrode surface by 5-fold. With the Nafion-modified catalyst, the H2S partial current density and separation efficiency reached 205.9 mA·cm–2 (1.01 mmol·cm–2·h–1) and 87.8%, which were 1.34 and 1.22 times that on unmodified Cu, respectively. This work highlights the practicality of fabricating a proton conductor via ionic polymer for the control over product selectivity in pH-sensitive reactions under high current density.
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