Interfacial Electronic Engineering of the 2D/2D Cu‐MoS 2 /Cu 3 (HIB) 2 Heterojunction for Bifunctional Ammonia Electrolysis: Synergistic Hydrogen Production and Wastewater Detoxification

材料科学 双功能 电解 废水 异质结 制氢 氨生产 化学工程 生产(经济) 无机化学 光电子学 冶金 废物管理 催化作用 有机化学 物理化学 电极 经济 宏观经济学 化学 工程类 电解质
作者
Jiameng Liu,Shuai Zhang,A Yulong,Zhenzhen Li,Xiaolei Zhang,Yinpeng Zhang,Chuanpan Guo,Zhihong Zhang,Miao Du
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (8) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.202514112
摘要

Abstract The electrocatalytic ammonia oxidation reaction (eAOR) holds great potential for sustainable hydrogen production but is limited by sluggish kinetics. In this study, a novel 2D/2D heterojunction, Cu‐MoS 2 /Cu 3 (HIB) 2 (HIB: 1,2,3,4,5,6‐hexachlorobenzene), is fabricated via in situ growth of a conductive copper‐based metal–organic framework (Cu 3 (HIB) 2 ) around Cu‐doped MoS 2 . This heterojunction integrates abundant sulfur vacancies, modulates electron density at active sites, and facilitates rapid electron transfer. As a result, it exhibits significantly enhanced eAOR and hydrogen evolution reaction (HER) performance compared to individual components. The assembled electrolyzer achieves ≈100% ammonia removal and a high hydrogen production rate of 15.3 mL h −1 at 1.60 V versus RHE. In situ Fourier transform infrared (FT‐IR) spectroscopy and density functional theory analyses reveal that S vacancies and Cu doping induce electron localization and orbital hybridization (Cu 3 d , Mo 4 d , S 2 p ), stabilizing Mo active sites and promoting ammonia (NH 3 ) adsorption and activation. The formation and transformation of intermediates are optimized, facilitating the selective conversion of NH 3 to nitrogen (N 2 ). This study provides valuable insights into the design of bifunctional electrocatalysts via dimensional heterojunctions and demonstrates a promising strategy for coupling wastewater treatment with hydrogen production.
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