Promoting Active Hydrogen Supply and Nitrate Adsorption by Disordering Tetrahedral‐Octahedral Structure of CuAl 2 O 4‐δ for Efficient Nitrate Reduction

材料科学 催化作用 氨生产 法拉第效率 无机化学 吸附 电化学 化学工程 兴奋剂 八面体 氧化还原 硝酸盐 电子转移 可逆氢电极 分解水 氧气 产量(工程) 纳米纤维 钙钛矿(结构) 配体(生物化学) 氧还原反应 析氧 电子结构 甲烷 氢燃料 化学反应 制氢 活化能 光化学 热液循环 电极 活动站点 水煤气变换反应
作者
Liyan Niu,Yasen Wang,Haitao Yin,Tan Wang,Haoran Guo,Haohong Xian,Xuping Sun,Xiaodong Guo,Tingshuai Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e17303-e17303
标识
DOI:10.1002/adma.202517303
摘要

Abstract Modulating the local coordination environment can optimize the electronic structure and reaction pathway of nitrate reduction to ammonia (NO 3 RR), beneficial to enhance the catalytic activity and selectivity. Herein, a disordered tetrahedral‐octahedral structure of CuAl 2 O 4‐δ (CAO) is proposed by Co doping as an efficient catalyst. Theoretical calculations reveal Co doping induces strong Co‐Al orbital interactions at octahedral sites, which lowers the energy barrier for water dissociation, and meanwhile, Oxygen vacancies (Vos) induced by Co doping not only enhance NO 3 − adsorption, but also serve as reservoir sites for transient * H storage, thereby promoting hydrogenation steps. The synergistic Cu‐Vo interaction facilitates the conversion of * NO 3 – to * NO 2 – and the interfacial electron transfer between Co and Cu suppresses the hydrogen evolution reaction (HER). The substitution of 30% Co in CAO (Co‐3) nanofibers creates the most Vos, resulting in a high Faradaic efficiency (FE) of 92.00% and a substantial NH 3 yield rate of 27.86 mg h −1 mg −1 cat. in neutral media. Additionally, it exhibits exceptional long‐term electrochemical durability and chemical stability. Thermodynamic analysis unveils the potential‐determining step of * NO 2 to * NO for Co‐3 possesses a low free energy of only 0.05 eV, highly superior to 0.29 eV for the pristine CAO.
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