Electrocatalytic nitrate reduction on bimetallic Palladium-Copper Nanowires: Key surface structure for selective dinitrogen formation

双金属片 选择性 催化作用 纳米线 化学 纳米材料 无机化学 化学工程 材料科学 纳米技术 有机化学 工程类
作者
Chunhong Fu,Song Shu,Lin Hu,Zixun Liu,Zhouyang Yin,Xiaoshu Lv,Sen Zhang,Guangming Jiang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:435: 134969-134969 被引量:49
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.134969
摘要

Selective electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO3RR) to dinitrogen (N2) is essential to nitrogen-cycle management and environmental sustainability. Palladium-based nanomaterials were extensively studied as NO3RR catalysts, but only delivered limited N2 selectivity (<50%, NH3 dominated the product). Here we report that, by tuning bimetallic composition of CuPd alloy nanowires, the Cu28Pd72 nanowires deliver a near-unit conversion of NO3–-N and an unprecedented N2 product selectivity of 75.9 ± 5.2% in treating 22.5 mg L−1 NO3–-N solution at −0.80 V vs. Ag/AgCl. Combining in-situ spectrometric measurements and theoretical calculations, we demonstrate that the contiguous Pd ensemble with a specific size at catalyst surface is essential to the N2 formation via a kinetically-favored pathway of NO2* → NO* → N* → N2*. Alloying Pd with Cu is indispensable as Cu contributes to the N*-N* pairing by initiating the NO3––NO2* conversion and lowering the Hads coverage on catalyst. This work discloses the key surface atomic structure for N2 formation, and provides a guideline for the design of efficient NO3RR catalyst that enables selective NO3––N2 conversion.
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