CuO/Bi2CuO4 Heterostructured Electrocatalyst for the Efficient Reduction of Nitrate to Ammonia

电催化剂 材料科学 硝酸盐 还原(数学) 无机化学 氨生产 氧还原反应 纳米技术 化学工程 电化学 电极 物理化学 化学 有机化学 几何学 工程类 数学
作者
Boran Yang,Xingcheng Ma,Hongli Wang,Bo Peng,K. Li,Ying Qu,Lixin Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (21): 30866-30875 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsami.5c03466
摘要

The electrochemical reduction of nitrate to ammonia (NH3) not only provides an effective approach to balance the perturbed nitrogen cycle for addressing environmental issues but also provides a potential technology for green NH3 synthesis. However, the process is limited by the produced intermediate-nitrite that tends to accumulate on cathode surfaces and multiple competing reactions. Herein, CuO/Bi2CuO4-450 heterostructures are reported as efficient electrocatalysts for the nitrate reduction reaction with extraordinary catalytic activities and selectivities for NH3 production. The optimized catalyst achieves a remarkable Faradaic efficiency (96.49%) and exceptional NH3 yield rate (9.17 mg h–1 mgcat.–1) at −0.5 V versus RHE, surpassing most of the reported Cu-based catalytic systems. The characterization results and theoretical evidence reveal that the interface effect originating from the strong interaction between Bi2CuO4 and CuO tunes the electronic structures of the Cu and Bi active sites for optimized intermediate adsorption and lowers the rate-determining step reaction barriers, resulting in improved catalytic performance. This work offers a strategy to flexibly develop catalysts to promote electrocatalytic techniques for NH3 production by electrochemical nitrate reduction.
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