Enhanced Hydrosaturation Selectivity and Electron Transfer for Electrocatalytic Chlorophenols Hydrogenation on Ru Sites

选择性 化学 催化作用 电子转移 电催化剂 电极 无机化学 环境化学 光化学 电化学 有机化学 物理化学
作者
Zhenao Gu,Nan Ni,Guangzhi He,Yulong Shan,Kun Wu,Chengzhi Hu,Jiuhui Qu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (43): 16695-16706 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c06669
摘要

Electrocatalytic hydrogenation is acknowledged as a promising strategy for chlorophenol dechlorination. However, the widely used Pd catalysts exhibit drawbacks, such as high costs and low selectivity for phenol hydrosaturation. Herein, we demonstrate the potential and mechanism of Ru in serving as a Pd substitute using 2,4,6-trichlorophenol (TCP) as a model pollutant. Up to 99.8% TCP removal efficiency and 99% selectivity to cyclohexanol, a value-added compound with an extremely low toxicity, were achieved on the Ru electrode. In contrast, only 66% of TCP was removed on the Pd electrode, with almost no hydrosaturation selectivity. The superiority of Ru over Pd was especially noteworthy in alkaline conditions or the presence of interfering species such as S2-. The theoretical simulation demonstrates that Ru possesses a hydrodechlorination energy barrier of 0.72 eV, which is comparable to that on Pd. Meanwhile, hydrosaturation requires an activation energy of 0.69 eV on Ru, which is much lower than that on Pd (0.92 eV). The main reaction mechanism on Ru is direct electron transfer, which is distinct from that on Pd (indirect pathway via atomic hydrogen, H*). This work thereby provides new insights into designing cost-effective electrocatalysts for halogenated phenol detoxification and resource recovery.
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