Unveiling inactive sulfur residue and benzoquinone moiety formation in sulfur-doped carbon for water electrooxidation

杂原子 析氧 硫黄 碳纤维 催化作用 电化学 掺杂剂 无机化学 部分 化学 电负性 石墨 兴奋剂 材料科学 电极 有机化学 物理化学 复合数 复合材料 光电子学 戒指(化学)
作者
Zhipu Zhang,Sen Lu,Bin Zhang,Yanmei Shi
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [China Science Publishing & Media Ltd.]
卷期号:47: 129-137
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(23)64394-3
摘要

Doping carbon materials with heteroatoms is an effective strategy to improve the catalytic performance of carbon materials through charge redistribution. Furthermore, heteroatom-doped carbon materials have been proven to be unstable and can be completely removed from the electrode via the electrochemical oxygen evolution reaction (OER). However, since S has a electronegativity similar to that of C, the behavior of S-doped carbon materials under OER conditions might differ and thus deserves special attention. In this study, we investigated the structural evolution of S-doped carbon materials during the alkaline OER. It was observed that the S-doped graphite flake (S-GP) underwent oxidization. Notably, only partial S dopants dissolved in the form of sulfates, resulting in the emergence of new forms of S- and O-containing groups on the electrode. The results from well-designed experiments demonstrated that despite remaining on the electrode, the S-containing groups had no effect on the OER activity, and the high OER activity was attributed to the derived benzoquinone moiety. The dissolved sulfates further promoted OER activity when S-doped carbon materials were used as substrates for the Ni(OH)2 anode. Our work reveals the real activity origin of S-doped materials towards OER, motivating researchers to reconsider the catalytic mechanism of the S-doped carbon materials and their supported composites for other reactions.

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