Unlocking One‐Step Two‐Electron Oxygen Reduction via Metalloid Boron‐Modified Zn3In2S6 for Efficient H2O2 Photosynthesis

类金属 光合作用 氧气 氧还原 还原(数学) 化学 环境化学 无机化学 材料科学 电化学 冶金 数学 生物化学 金属 有机化学 几何学 电极 物理化学
作者
Jian Zhou,Yanfei Mu,Meng Qiao,Meng‐Ran Zhang,Su‐Xian Yuan,Min Zhang,Xingqiang Lü
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (28) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/anie.202506963
摘要

Abstract The indirect two‐step two‐electron oxygen reduction reaction (2e − ORR) dominates photocatalytic H 2 O 2 synthesis but suffers from sluggish kinetics, •O 2 − ‐induced catalyst degradation, and spatiotemporal carrier‐intermediate mismatch. Herein, we pioneer a metal‐metalloid dual‐site strategy to unlock the direct one‐step 2e − ORR pathway, demonstrated through boron‐engineered Zn 3 In 2 S 6 ( B‐ZnInS ) photocatalyst with In‐B dual‐active sites. The In‐B dual‐site configuration creates a charge‐balanced electron reservoir by charge complementation, which achieves moderate O 2 adsorption via bidentate coordination and dual‐channel electron transfer, preventing excessive O─O bond activation. Simultaneously, boron doping induces lattice polarization to establish a built‐in electric field, quintupling photogenerated carrier lifetimes versus pristine ZnInS . These synergies redirect the O 2 activation pathway from indirect to direct 2e − ORR process, delivering an exceptional H 2 O 2 production rate of 3121 µmol g −1 h −1 in pure water under simulated AM 1.5G illumination (100 mW cm −2 )—an 11‐fold enhancement over ZnInS . The system achieves an unprecedented apparent quantum yield of 49.8% at 365 nm for H 2 O 2 photosynthesis among inorganic semiconducting photocatalysts, and can continuously produce medical‐grade H 2 O 2 (3 wt%). This work provides insights for designing efficient H 2 O 2 photocatalysts and beyond.
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