Cobalt-copper dual-atom catalyst boosts electrocatalytic nitrate reduction from water

催化作用 硝酸盐 化学 无机化学 电催化剂 还原(数学) 对偶(语法数字) 双重角色 电化学 光化学 组合化学 电极 有机化学 艺术 几何学 数学 文学类 物理化学
作者
Jinshan Wei,Hexing Lin,Yi Li,Ying Guo,Shaoqing Liu,Meng Sun,Yayun Li
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:493: 138264-138264 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2025.138264
摘要

Electrochemical nitrate reduction reaction (NO3RR) presents a promising approach for sustainable water denitrification. Yet its practical implementation is hindered by sluggish reaction kinetics. Herein, we develop a nitrogen-doped carbon supported cobalt-copper dual-atom catalyst (CoCu-NC DAC) to significantly enhance the electro-catalytic NO3RR performance. The optimized CoCu-NC DAC demonstrates exceptional activity, achieving a faraday efficiency of 95.3 % and a high NH4+ yield rate of 2.41 mg h-1 cm-2 at -0.6 VRHE, surpassing the performance of conventional Cu/Co single-atom catalysts. In-situ analysis and density functional theory calculations confirm that the synergistic effects arising from (1) optimized electronic structure for balanced intermediate adsorption, and (2) enhanced surface H concentration facilitating NOx hydrogenation. This work not only provides fundamental insights into the DACs, but also offers a practical solution for groundwater nitrate remediation, opening new avenues for the application of atomically dispersed catalysts.
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