Converting copper sulfide to copper with surface sulfur for electrocatalytic alkyne semi-hydrogenation with water

炔烃 烯烃 无机化学 催化作用 吸附 化学 硫黄 电解 电解水 选择性 电解质 有机化学 电极 物理化学
作者
Yongmeng Wu,Cuibo Liu,Changhong Wang,Yifu Yu,Yanmei Shi,Bin Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:109
标识
DOI:10.1038/s41467-021-24059-y
摘要

Abstract Electrocatalytic alkyne semi-hydrogenation to alkenes with water as the hydrogen source using a low-cost noble-metal-free catalyst is highly desirable but challenging because of their over-hydrogenation to undesired alkanes. Here, we propose that an ideal catalyst should have the appropriate binding energy with active atomic hydrogen (H*) from water electrolysis and a weaker adsorption with an alkene, thus promoting alkyne semi-hydrogenation and avoiding over-hydrogenation. So, surface sulfur-doped and -adsorbed low-coordinated copper nanowire sponges are designedly synthesized via in situ electroreduction of copper sulfide and enable electrocatalytic alkyne semi-hydrogenation with over 99% selectivity using water as the hydrogen source, outperforming a copper counterpart without surface sulfur. Sulfur anion-hydrated cation (S 2− -K + (H 2 O) n ) networks between the surface adsorbed S 2− and K + in the KOH electrolyte boost the production of active H* from water electrolysis. And the trace doping of sulfur weakens the alkene adsorption, avoiding over-hydrogenation. Our catalyst also shows wide substrate scopes, up to 99% alkenes selectivity, good reducible groups compatibility, and easily synthesized deuterated alkenes, highlighting the promising potential of this method.
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