In SituChalcogen Leaching Manipulates Reactant Interface toward Efficient Amine Electrooxidation

硫族元素 催化作用 过电位 电催化剂 吸附 浸出(土壤学) 无机化学 化学 材料科学 化学工程 电化学 电极 物理化学 有机化学 工程类 土壤科学 土壤水分 环境科学
作者
Qunlei Wen,Yu Lin,Yang Yang,Ruijian Gao,Nanqiu Ouyang,Defang Ding,Youwen Liu,Tianyou Zhai
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (6): 9572-9582 被引量:62
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c02838
摘要

Engineering the reaction interface is necessary for advancing various electrocatalytic processes. However, most designed catalysts tend to be ineffective due to the inevitable structural reconstruction. Here we utilize that operando electrocatalysis variations (i.e., chalcogen leaching) manipulate the reactant interface toward amine electrooxidation. Taking chalcogen-doped Ni(OH)2 as an example, operando techniques uncover that chalcogens leach from the matrix and then adsorb on the surface of NiOOH as chalcogenates during the electrooxidation process. The charged chalcogenates will induce the local electric field that pushes the polar amines through the inner Helmholtz plane to enrich on the catalyst surface. Meanwhile, the polarization effect of chalcogenates and amines boost amino C-N bond activation for dehydrogenation into nitrile C≡N bonds. Under the promotion effect of surface-adsorbed chalcogenate ions, our catalysts display over 99.5% propionitrile selectivity at the low potential of 1.317 V with an ultrahigh current density. This finding highlights the use of operando changes of catalysts to rationally design efficient catalysts and further clarifies the underlying role of chalcogen atoms in the electrooxidation process.

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