原子氢介导的高效电催化加氢反应

《Advanced Materials》：Atomic Hydrogen Mediated Efficient Electrocatalytic Hydrogenation Reactions

通过在Co3O4催化剂表面接枝硫原子形成Co3O4-S材料，钝化终端氧位点以提升原子氢（H*）的生成自由能，实现H*供需平衡调控。该策略显著提高氰根（19.6%→45.3%）、硝酸盐（83%→100%）、二氧化碳（25.1%→51.7%）及氧气（2.6→3.6）的还原效率，抑制析氢反应（HER），并展现出废水处理应用潜力。这一工作为高活性稳定电极材料的开发提供了新思路。

　　

摘要

尽管原子氢（H^*）在电催化氢化过程中是一种关键的活性物种，但其过量产生会加速其自身转化为氢气（H₂），从而降低目标反应物的还原效率并导致阴极不稳定。本文提出了一种通用策略，通过调控H^*的供需平衡来提高多种电催化氢化反应的效率（如氰化物（CN^?）、硝酸盐（NO₃^?）、二氧化碳（CO₂）或氧气（O₂）的还原）。通过使用接枝硫的Co₃O₄（Co₃O₄-S）对末端氧位点进行钝化处理，H^*的生成自由能从0.17 eV增加到0.41 eV，有效调控了其生成速率，从而抑制了其过量形成。H^*的供需平衡促进了其利用，并抑制了HER（氢过电势）现象，显著提高了氰化物（Faraday效率从19.6%提高到45.3%）、硝酸盐（从83%提高到100%）、二氧化碳（从25.1%提高到51.7%）和氧气（转移电子数从2.6个增加到3.6个）的深度氢化效果。该电催化系统还展现了优异的实际应用潜力，例如用于含氰化物的废水处理。这项工作为提高电催化还原反应中阴极活性物种的利用效率提供了新的思路，并为高效稳定电极材料的设计与合成提供了技术支持。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。