Co-based tandem catalysts for electrocatalytic nitrate reduction: mechanisms and challenges

串联 催化作用 硝酸盐 化学 电化学 法拉第效率 吸附 氨 钴 离解(化学) 过渡金属 选择性 组合化学 电催化剂 氧化还原 纳米技术 无机化学 过程(计算) 金属 氢 氨生产 水溶液 电极
作者
Jingyi Tao,Wenhao Yang,Fenglai Pei,Xiangzhi Cui
出处
期刊:Chemical Communications [Royal Society of Chemistry]
卷期号:61 (93): 18236-18246 被引量:2
标识
DOI:10.1039/d5cc05597k
摘要

Electrochemical nitrate reduction (NO3-RR) offers an environmentally benign route for nitrate removal and sustainable ammonia synthesis. However, achieving high selectivity and efficiency in this process remains a major challenge. Cobalt, as a low-cost transition metal with flexible oxidation states, has garnered significant interest in NO3-RR electrocatalysis. Yet, single-site cobalt catalysts often struggle to simultaneously regulate the adsorption and conversion of nitrate and its intermediates, as well as promote water dissociation and optimal hydrogen adsorption, resulting in limited faradaic efficiency and NH3 selectivity. Tandem catalysts, which integrate multiple functionally complementary sites, have emerged as a promising solution to decouple and accelerate the complex multi-step reaction involved in NO3- reduction. This review analyzes recent advances in Co-based tandem electrocatalysts for nitrate-to-ammonia conversion, with a focus on active-site design, synergistic mechanisms, and reaction pathway regulation. We also discuss key challenges and opportunities related to the practical application of tandem catalysts in electrochemical NO3-RR systems. Finally, we propose future research directions for sustainable nitrate conversion.
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