Enhancing Electrochemical Nitrate Reduction to Ammonia over Cu Nanosheets via Facet Tandem Catalysis

催化作用 电化学 法拉第效率 串联 无机化学 氨生产 可逆氢电极 化学 化学工程 电极 产量(工程) 材料科学 工作电极 物理化学 有机化学 冶金 复合材料 工程类
作者
Yunfan Fu,Shuo Wang,Yi Wang,Pengfei Wei,Jiaqi Shao,Tianfu Liu,Guoxiong Wang,Xinhe Bao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (26): e202303327-e202303327 被引量:279
标识
DOI:10.1002/anie.202303327
摘要

Electrochemical conversion of nitrate (NO3 - ) into ammonia (NH3 ) represents a potential way for achieving carbon-free NH3 production while balancing the nitrogen cycle. Herein we report a high-performance Cu nanosheets catalyst which delivers a NH3 partial current density of 665 mA cm-2 and NH3 yield rate of 1.41 mmol h-1 cm-2 in a flow cell at -0.59 V vs. reversible hydrogen electrode. The catalyst showed a high stability for 700 h with NH3 Faradaic efficiency of ≈88 % at 365 mA cm-2 . In situ spectroscopy results verify that Cu nanosheets are in situ derived from the as-prepared CuO nanosheets under electrochemical NO3 - reduction reaction conditions. Electrochemical measurements and density functional theory calculations indicate that the high performance is attributed to the tandem interaction of Cu(100) and Cu(111) facets. The NO2 - generated on the Cu(100) facets is subsequently hydrogenated on the Cu(111) facets, thus the tandem catalysis promotes the crucial hydrogenation of *NO to *NOH for NH3 production.
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