Atomically Dispersed Ni–Cu Dual Sites: Efficient Electrocatalytic Conversion of 4-Nitrophenol to p-Aminophenol in a Hybrid Acid/Alkali Flow Electrolyzer

电解 碱金属 电催化剂 催化作用 对偶(语法数字) 化学 无机化学 材料科学 化学工程 组合化学 电化学 电极 有机化学 物理化学 艺术 工程类 文学类 电解质
作者
Hongzhong Wang,Kai Chen,Junheng Huang,Chengchao He,Qinlong Zhang,Junwei Li,Zhifang Zhang,Zhenhai Wen
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (15): 12848-12858 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c03710
摘要

4-Nitrophenol (4-NP), a toxic and recalcitrant pollutant, necessitates effective remediation strategies. Here, a noble metal-free NiCu-NC electrocatalyst is developed, where dual atomic Ni–Cu sites are elegantly anchored on a rhombic dodecahedral nitrogen-doped carbon matrix, enabling selective electrochemical reduction of 4-NP into value-added p-aminophenol (4-AP). This catalyst achieves a low overpotential and a high Faradaic efficiency of 95.7% for 4-AP production. Density functional theory (DFT) calculations reveal that the NiCu dual-atom configuration minimizes the energy barrier for the rate-determining step, thereby enhancing catalytic performance. Furthermore, a hybrid acid/alkali flow electrolysis cell is designed to couple the cathodic 4-NP reduction with the anodic oxygen evolution. This system maintains stable operation for over 400 h while maintaining a high Faradaic efficiency (>91%) and near-complete conversion (99%) for valorization of 4-NP. This work demonstrates a practical electrocatalytic approach for pollutant transformation and chemical production with potential implications for wastewater treatment and resource utilization.
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