Role of Ni in PtNi Alloy for Modulating the Proton–Electron Transfer of Electrocatalytic Hydrogenation Revealed by the In Situ Raman–Rotating Disk Electrode Method

拉曼光谱 催化作用 电极 硝基苯 电子转移 苯胺 电催化剂 质子 材料科学 电化学 质子耦合电子转移 无机化学 化学 光化学 物理化学 有机化学 物理 光学 量子力学
作者
Jianjun Ma,Zhiming Wang,Tetsuro Majima,Guohua Zhao
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:12 (22): 14062-14071 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c03551
摘要

Electrocatalytic hydrogenation of nitrobenzene to aniline is of industrial and environmental importance, but it remains a great challenge due to the high-toxicity intermediates and low hydrogenation kinetics. Here, we design a PtNi alloy via Ni-doping, which favors the low-toxicity and low free-energy pathway. Further, we perform surface-enhanced Raman spectroscopy coupled to a rotating disk electrode to obtain direct spectroscopic evidence of intermediates during the electron transfer. Combined with the kinetic isotope effect and pH dependence results, it has been shown that Ni-doping alters the structural properties to weaken the adsorption of nitrobenzene, resulting in preferential proton transfer using water as the hydrogen source. This process is revealed to be proton transfer followed by the electron transfer pathway that improves reaction kinetics and reduces undesirable intermediates. This work enables in situ detection and reveals the role of transition metal doping in modulating the proton–electron transfer in typical electrocatalytic hydrogenation reactions.
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