Theory-guided construction of Cu-O-Ti-Ov active sites on Cu/TiO2 catalysts for efficient electrocatalytic nitrate reduction

催化作用 密度泛函理论 硝酸盐 浸出(土壤学) 吸附 无机化学 氨生产 电子转移 化学 材料科学 光化学 计算化学 有机化学 物理化学 土壤水分 土壤科学 环境科学
作者
Yifei Nie,Hongping Yan,Suwei Lu,Hongwei Zhang,Tingting Qi,Shijing Liang,Lilong Jiang
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:59: 293-302 被引量:18
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(23)64618-2
摘要

Electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO3RR) has been capturing immense interest in the industrial application of ammonia synthesis, and it involves complex reaction routes accompanied by multi-electron transfer, thus causing a challenge to achieve high efficiency for catalysts. Herein, we customized the Cu-O-Ti-Ov (oxygen vacancy) structure on the Cu/TiO2 catalyst, identified through density functional theory (DFT) calculations as the synergic active site for NO3RR. It is found that Cu-O-Ti-Ov site facilitates the adsorption/association of NOx– and promotes the hydrogenation of NO3– to NH3 via adsorbed *H species. This effectively suppresses the competing hydrogen evolution reaction (HER) and exhibits a lower reaction energy barrier for NO3RR, with the reaction pathways: NO3* → NO2* → HONO* → NO* → *NOH → *N → *NH → *NH2 → *NH3 → NH3. The optimized Cu/TiO2 catalyst with rich Cu-O-Ti-Ov sites achieves an NH3 yield rate of 3046.5 μg h–1 mgcat–1 at –1.0 V vs. RHE, outperforming most of the reported activities. Furthermore, the construction of Cu-O-Ti-Ov sites significantly mitigates the leaching of Cu species, enhancing the stability of the Cu/TiO2 catalyst. Additionally, a mechanistic study, using in situ characterizations and various comparative experiments, further confirms the strong synergy between Cu, Ti, and Ov sites, which is consistent with previous DFT calculations. This study provides a new strategy for designing efficient and stable electrocatalysts in the field of ammonia synthesis.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
zzz完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
仙林AK47发布了新的文献求助10
1秒前
能zi完成签到 ,获得积分10
1秒前
恋晨完成签到 ,获得积分10
2秒前
胡沈焕然完成签到 ,获得积分10
3秒前
Hello应助Chi采纳,获得10
3秒前
善良静竹完成签到 ,获得积分10
4秒前
啊啊发布了新的文献求助10
6秒前
spz发布了新的文献求助10
6秒前
无花果应助拼搏的孤风采纳,获得10
7秒前
8秒前
梦溪完成签到,获得积分10
10秒前
Dr完成签到,获得积分20
10秒前
11秒前
5999完成签到 ,获得积分10
11秒前
11秒前
啊啊完成签到,获得积分10
11秒前
迪仔完成签到 ,获得积分10
12秒前
香蕉盼夏完成签到,获得积分10
12秒前
研友_VZGVzn完成签到,获得积分10
13秒前
丘比特应助石头巧克力采纳,获得10
14秒前
yuan完成签到 ,获得积分10
14秒前
顺利的海冬完成签到,获得积分10
15秒前
饼干完成签到,获得积分10
15秒前
高兴的故事完成签到,获得积分20
15秒前
夏成蹊完成签到 ,获得积分10
15秒前
852应助yyy采纳,获得10
16秒前
独特的绿蝶完成签到,获得积分10
16秒前
聪明的归尘完成签到,获得积分10
18秒前
薄情完成签到 ,获得积分10
19秒前
科研通AI6.4应助spz采纳,获得10
19秒前
21秒前
搜集达人应助称心的时光采纳,获得10
22秒前
爆米花应助小宁采纳,获得10
22秒前
谢谢完成签到,获得积分20
24秒前
24秒前
25秒前
兑奖券完成签到,获得积分10
28秒前
29秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Development of a Bridge Weigh-In-Motion System: A technology to convert the bridge response to the passage of traffic into data on vehicle configurations, speeds, times of travel and weights 1000
Molecular Mechanisms of Photosynthesis, 4th Edition 1000
Organic Reactions, Volume 116 1000
Current concepts in cutaneous toxicity : proceedings of the Fourth Conference on Cutaneous Toxicity, Washington, D.C., May 9-11, 1979 1000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7265471
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8886438
关于积分的说明 18781626
捐赠科研通 6943070
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3202903
关于科研通互助平台的介绍 2376043
邀请新用户注册赠送积分活动 2178820