Enhanced Solar-to-Hydrogen Conversion and Hydrogen Isotope Separation through Interfacial Hydrogen-Bond Engineering and Homolytic O–H Cleavage on Multianionic Sulfides in Large-Scale Floating Nanocomposites

键裂 均分解 氢同位素 催化作用 材料科学 纳米复合材料 劈理(地质) 化学工程 氢键 光化学 化学 纳米技术 有机化学 复合材料 激进的 分子 工程类 断裂(地质)
作者
Xuefan Feng,Qisheng Zang,Xinyan Feng,Bo Lv,Hao Yu,Tingting Sun,Zhenyu Yuan,Junliang Liu,Yu Yang,Fuqin Zhang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (11): 9077-9092 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c00903
摘要

Hydrogen-atom transfer (HAT) is crucial for selective photocatalytic water splitting. We report a class of metal chalcogenide catalysts (CdxZn1–xS(OH)-SH) that feature mercapto groups (acid sites) and lattice oxygens/hydroxyls (base sites) to form acid–base pairs. Based on this structural design, we demonstrate lattice oxygen/hydroxyl activation and an HAT process under light irradiation and identify a rapid hydrogen-transfer pathway governed by the Grotthuss mechanism. The photocatalyst Cd0.5Zn0.5S(OH)-SH exhibited a rate of 205.8 mmol·g–1·h–1 under full-spectrum illumination and an apparent quantum efficiency of 12.4% at 420 nm without any cocatalyst. Based on the HAT process, this novel catalyst achieves a proton–deuteron separation factor of approximately 11. The energy consumption is projected to be orders of magnitude lower than that of existing technologies. The fabricated large-scale nanocomposites of these photocatalysts are expected to enable large-scale separation of substantial volumes of diluted tritium wastewater.
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