电化学硫离子氧化反应(SOR)提供了一种可以整合可再生能源来处理含硫废水的策略。同时,该反应可以与阴极析氢反应(HER)相结合,降低氢气生产能耗。然而,硫离子具有的腐蚀和钝化作用,对SOR的催化材料的活性和稳定性提出挑战,且氧化产物多硫化物需要进一步酸化以回收相对廉价的单质硫。 近日,浙江大学的张兵研究员、邱春天研究员与陆盈盈教授合作,报道了一种无定型态的高熵金属硫化物CuCoNiMnCrSx/NF电极材料用于高效催化SOR,并开发了一种电化学+化学串联氧化过程,将硫离子转化为具有更高附加值的硫代硫酸盐,为同时实现废水利用和氢气生产提供了良好的选择。
经表征,高熵金属硫化物中存在软酸Cu+位点、中间态酸Co2+/Ni2+、以及硬酸Mn2+/Cr3+均匀分布的位点。几种不同硬度的阳离子同时掺杂可以平衡材料合成过程中由于Cu和S的快速结合导致晶相分离,实现不同阳离子的原子级分散;同时,较硬的阳离子酸可以通过金属-硫桥结构转移电子,缩短Cu-S键距离并提高Cu+周围电子云密度,促进材料对硫离子的吸附,同时较硬的酸性位点可以提供疏硫属性,对氧化产物脱附产生增强效果,在全周期促进SOR反应。 另外,本文提出电化学+化学串联氧化路径,可将电化学过程得到的多硫化钠进一步通入空气进行催化氧化,得到硫代硫酸钠。相比目前酸化多硫化钠得到单质硫的过程收益更高,更具应用潜力。 论文信息 High-Entropy Sulfide Catalyst Boosts Energy-Saving Electrochemical Sulfion Upgrading to Thiosulfate Coupled with Hydrogen Production Yuhou Pei, Di Li, Chuntian Qiu, Liang Yan, Zongmiao Li, Zexin Yu, Wenzhang Fang, Yingying Lu, Bing Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202405243