Enhancing Tandem Electrochemical Nitrate Reduction to Ammonia Through Cu-MOF/Co-MOF@NF Composite Nanoflower

纳米花 催化作用 复合数 电化学 串联 硝酸盐 化学 氨生产 选择性 X射线光电子能谱 无机化学 阴极 化学工程 选择性催化还原 电子转移 选择性还原 塔菲尔方程 基质(水族馆) 亚硝酸盐 产量(工程) 电催化剂 羟胺 热液循环 吸附
作者
Sixiang Mao,Yunqing Zhu,Gaigai Dong,Tian Wang,Fan Pan,Kejing Zhang,Shanshan Yu
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:41 (41): 28170-28179 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c04125
摘要

Electrocatalytic nitrate reduction (eNO3RR) has gained widespread application as a green and efficient technique for ammonia synthesis. However, the accumulation of nitrite (NO2–) during the electrochemical reduction process significantly hampers the efficiency of converting nitrate (NO3–) into ammonia (NH3). In this study, a Cu-MOF/Co-MOF@NF composite catalyst was developed on a nickel foam substrate using a hydrothermal method. The catalyst is composed of interconnected Cu-MOF@NF and Co-MOF@NF nanosheets, forming a flower-like nanostructure. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) reveals there is an electronic transfer between copper (Cu) and cobalt (Co) sites at the interface of Cu-MOF/Co-MOF@NF, thereby accelerating both the adsorption and reduction of NO3– at Cu sites and enhancing selective conversion to NH3 at Co sites. At a potential of – 0.5 V vs RHE, the Cu-MOF/Co-MOF@NF exhibits a NO3– conversion to NH3 that surpasses those of the Cu-MOF@NF and Co-MOF@NF by 8.5 and 39.6%, respectively, achieving NH3 selectivity and yield of 93.3% and 318.5 μg·h–1·cm–2. In addition, Cu-MOF/Co-MOF@NF possesses exceptional catalytic activity and durability. Electron Paramagnetic Resonance (EPR) experiments reveal a significant amount of *H generated at the cathode interface. In-situ differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) detection shows that the reduction pathway for NO3– over the Cu-MOF/Co-MOF@NF is as follows: *NO3– → *NO2– → *NO → *N → *NH → *NH2 → *NH3.
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