Selective electrocatalytic reduction of nitrate to dinitrogen by Cu2O nanowires with mixed oxidation-state

化学 硝酸盐 电化学 无机化学 亚硝酸盐 选择性 电催化剂 氧化还原 吸附 纳米线 氧化态 催化作用 电极 光化学 材料科学 纳米技术 有机化学 物理化学
作者
Tao Feng,Jing Wang,Ying Wang,Chaofan Yu,Xiao Zhou,Bincheng Xu,Krisztina László,Fengting Li,Wei‐xian Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:433: 133495-133495 被引量:73
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133495
摘要

Selective electrocatalytic nitrate reduction reaction to dinitrogen is a promising water treatment technology to manage nitrate. While, a lack of efficient electrode remains the primary hurdle for achieving the goal. For non-noble electrode, the strong adsorption of oxygen atoms on Cu resulted in low selectivity and inducing nitrite accumulation during the long-term operation. Herein, it is found that Cu2O nanowires with mixed oxidation-state can selective reduction of nitrate to dinitrogen. CuO-coated Cu2O nanowires (CuO/Cu2O NWs) was electrochemically converted into Cu/Cu2O NWs for hydrogen/oxygen-adsorbing which was verified by In-situ infrared spectro-electrochemical experiments. H2 split and H*-adsorbing of Cu/Cu2O are desired to yield sufficient H* and limit hydrogen bubbles negative effect. Online differential electrochemical mass spectrometry confirmed dinitrogen generation over Cu/Cu2O NWs with over 99.8% selectivity. Computational studies suggest that active Cu/Cu2O NWs reduces the free energy changes associated with both nitrate activation and N − N coupling. Energetically favorable pathways for dinitrogen production based on nitrate reduction are proposed herein and the origin of this selective dinitrogen formation is clarified.
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