In Situ Exsolution to Form Cu Nanoparticles on Cu–Doped LaFeO 3 Perovskite Oxides for Efficient Electrocatalytic Reduction of Nitrate to Ammonia

材料科学 钙钛矿(结构) 纳米颗粒 原位 兴奋剂 无机化学 硝酸盐 还原(数学) 化学工程 纳米技术 光电子学 有机化学 工程类 化学 数学 几何学
作者
Mingqing Zuo,Yuxuan Kong,Han Zhou,Yaping Chen,Yanyan Sun,Shuang Li,Lei Han
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (3) 被引量:30
标识
DOI:10.1002/adfm.202513364
摘要

Abstract Perovskite oxides hold significant potentials for catalytic applications due to their unique electronic structure and favorable chemical properties, whereas their intrinsic catalytic activity toward the electrocatalytic nitrate reduction reaction (NITRR) for NH 3 production remains very limited yet needs to be further improved. Herein, a dual–engineering approach is proposed, combining Cu–mediated cation substitution and in situ exsolution for the construction of Cu nanoparticles on Cu–doped LaFeO 3 perovskites (LFC–E) to address these limitations. The optimal LF3C7–E exhibits the highest NITRR performance with an NH 3 yield rate of 4.1 mg h −1 mg cat −1 and Faradaic efficiency of 76% at −0.7 V, which is superior to the corresponding LFC–P without exsolution treatment. The in situ Fourier transform infrared spectroscopy in combination with density functional theory calculations reveals that the synergistic effect between LaFeO 3 and Cu enables the efficiently decreased energy barrier for the hydrogenation step of *NO (*NO + H + + e − → *NOH + H 2 O), which is considered as the rate–determining step during the NITRR process. Moreover, an aqueous Zn–NO 3 − battery and Zn–NO 2 − battery with the optimal LF3C7–E as the cathode is assembled and achieves simultaneously electricity supply and NH 3 production.
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