Carbon Nanocage Confining CuCo Bimetallic Interface with Low Nitrate Adsorption Energy for Highly Efficient Electrochemical Ammonia Synthesis

双金属片 催化作用 无机化学 化学 吸附 电化学 硝酸盐 材料科学 电极 物理化学 有机化学
作者
Jun Cheng,Guorun Dai,Wenjuan Sun,Xiàn Yáng,Rongxin Xia,Yang Xu,Yuxiang Mao
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:38 (3): 2501-2510
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.3c04371
摘要

This work aimed to improve the Faraday efficiency and formation rate of ammonia with a low reaction potential in the electroreduction of nitrate. For this purpose, CuCo bimetallic interface-rich catalysts confined in porous nitrogen-doped carbon nanocages (CuCo/NC) were designed. Results of in situ Fourier transform infrared spectroscopy suggested that the reaction path followed the sequence NO3– → *NO3 → *NO2 → *NO → *NOH → *NH2OH → *NH3 → NH3. Density functional theory calculations revealed that the adsorption of nitrate over the CuCo bimetallic interface was thermodynamically favorable. CuCo bimetallic interface changed the rate-determining step of nitrate reduction at Cu sites from nitrate adsorption to *NO hydrogenation and promoted the continuous hydrogenation of nitrogen-related intermediates. Over the CuCo/NC catalyst, Faraday efficiency and formation rate of ammonia were 95.1% (at −0.59 V vs reversible hydrogen electrode (RHE)) and 9110.8 μg h–1 mgcat.–1 (at −0.79 V vs RHE), which were higher than those over Cu/NC and Co/NC catalysts.
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