Asymmetric Manganese Sites in Covalent Organic Frameworks for Efficient Nitrate‐to‐Ammonia Electrocatalysis

电催化剂 硝酸盐 共价键 化学 无机化学 氨生产 环境化学 有机化学 电化学 电极 物理化学
作者
Xuewen Li,Shuai Xia,Shuai Yang,Xiubei Yang,Shuang Zheng,Xiaoyu Xu,Yan Wang,Qing Xu,Zheng Jiang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202507479
摘要

The electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO3−RR) holds tremendous potential for remediating NO3− pollution in groundwater while enabling clean ammonia (NH3) production. However, most catalysts achieve high conversion efficiency relying on high NO3− concentrations. How to catalyze the NO3−RR with low concentration of NO3− is still a challenge due to the competing hydrogen evolution reaction (HER). To address this limitation, we constructed a novel asymmetric isolated Mn atom based on N‐coordination covalent organic framework (COF) (ImPy‐COF‐Mn), for efficient NO3−RR at a low NO3− concentration of 2 mg mL−1. This bidentate‐coordinated COF featured a robust and chemically stable framework, while the synergistic interaction between asymmetric imine N and pyridine N modified the charge distribution of Mn atoms to optimize catalytic efficiency. ImPy‐COF‐Mn demonstrated remarkable catalytic performance, with 95.64% NH3 selectivity and a maximum NH3 yield rate of 1927 mmol h−1 gcat.−1, exceeding the corresponding parameters of symmetric Mn sitesby factors of 1.27 and 1.41, respectively. In situ ATR‐FTIR measurements and theoretical calculations revealed that the asymmetric isolated Mn facilitated a reduction in the energy barrier for *NO‐to‐*NOH conversion, and thus contributed to higher activity and selectivity.
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