Directly coupling N

Abstract The aqueous zinc‐iodine battery is a promising energy storage device, but the conventional two‐electron reaction potential and energy density of the iodine cathode are far from meeting practical application requirements. Given that iodine is rich in redox reactions, activating the high‐valence iodine cathode reaction has become a promising research direction for developing high‐voltage zinc‐iodine batteries. In this work, by designing a multifunctional electrolyte additive trimethylamine hydrochloride (TAH), a stable high‐valence iodine cathode in four‐electron‐transfer I − /I 2 /I + reactions with a high theoretical specific capacity is achieved through a unique amine group, Cl bidentate coordination structure of (TA)ICl. Characterization techniques such as synchrotron radiation, in situ Raman spectra, and DFT calculations are used to verify the mechanism of the stable bidentate structure. This electrolyte additive stabilizes the zinc anode by promoting the desolvation process and shielding mechanism, enabling the zinc anode to cycle steadily at a maximum areal capacity of 57 mAh cm −2 with 97 % zinc utilization rate. Finally, the four‐electron‐transfer aqueous Zn−I 2 full cell achieves 5000 stable cycles at an N/P ratio of 2.5. The unique bidentate coordination structure contributes to the further development of high‐valence and high capacity aqueous zinc‐iodine batteries.

Abstract Directly coupling N 2 and CO 2 to synthesize urea by photocatalysis paves a sustainable route for urea synthesis, but its performance is limited by the competition of photogenerated electrons between N 2 and CO 2 , as well as the underutilized photogenerated holes. Herein, we report an efficient urea synthesis process involving photogenerated electrons and holes in respectively converting CO 2 and N 2 over a redox heterojunction consisting of WO 3 and Ni single‐atom‐decorated CdS (Ni 1 ‐CdS/WO 3 ). For the photocatalytic urea synthesis from N 2 and CO 2 in pure water, Ni 1 ‐CdS/WO 3 attained a urea yield rate of 78 μM h −1 and an apparent quantum yield of 0.15 % at 385 nm, which ranked among the best photocatalytic urea synthesis performance reported. Mechanistic studies reveal that the N 2 was converted into NO species by ⋅OH radicals generated from photogenerated holes over the WO 3 component, meanwhile, the CO 2 was transformed into *CO species over the Ni site by photogenerated electrons. The generated NO and *CO species were further coupled to form *OCNO intermediate, then gradually transformed into urea. This work emphasizes the importance of reasonably utilizing photogenerated holes in photocatalytic reduction reactions.

The zinc‐iodine aqueous battery is a promising energy storage device, but the conventional two‐electron reaction potential and energy density of the iodine cathode are far from meeting practical application requirements. Given that iodine is rich in redox reactions, activating the high‐valence iodine cathode reaction has become a promising research direction for developing high‐voltage zinc‐iodine batteries. In this work, by designing a multifunctional electrolyte additive trimethylamine hydrochloride (TAH), a stable high‐valence iodine cathode in four‐electron‐transfer I‐/I2/I+ reactions with a high theoretical specific capacity is achieved through a unique amine group, Cl bidentate coordination structure of (TA)ICl. Characterization techniques such as synchrotron radiation, in‐situ Raman spectra, and DFT calculations are used to verify the mechanism of the stable bidentate structure. This electrolyte additive stabilizes the zinc anode by promoting the desolvation process and shielding mechanism, enabling the zinc anode to cycle steadily at a maximum areal capacity of 57 mAh cm‐2 with 97% zinc utilization rate. Finally, the four‐electron‐transfer aqueous Zn‐I2 full cell achieves 5000 stable cycles at an N/P ratio of 2.5. The unique bidentate coordination structure contributes to the further development of high‐valence and high capacity aqueous zinc‐iodine batteries.

Abstract Graphitized carbon nitride (C 3 N 4 )‐based photocatalysts provide a prospective approach for producing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) in artificial photosynthesis. However, their activity is constrained by the sluggish water oxidation reaction (WOR) process, which hampers the supply of protons and electrons necessary for the oxygen reduction reaction. Here, this work demonstrates a synergistic redox dual‐site strategy via co‐modified with 3,4,9,10‐perylenetetracarboxylic acid diimide (PDI) and Pt single atoms in C 3 N 4 support, which achieves an exceptional H 2 O 2 yield of 802 µmol g −1 h −1 and a selectivity of 91.8% without sacrificial agents. Mechanistic studies reveal that Pt single atoms act as photogenerated electron‐rich sites to effectively activate O 2 to form superoxide radicals, and PDI promotes WOR driving force to provide abundant protons. The optimized reduction and oxidation half‐reactions improve the proton‐coupled electron transfer process, thereby enhancing the selective photosynthesis of H 2 O 2 . This work underscores the importance of finely controlling half‐reactions in photocatalytic processes to promote efficient and synergistic overall reactions.