Facile Tailoring of the Electronic Structure and the d-Band Center of Copper-Doped Cobaltate for Efficient Nitrate Electrochemical Hydrogenation

材料科学 电化学 无机化学 催化作用 电解质 氧化物 电极 拉曼光谱 过渡金属 兴奋剂 法拉第效率 化学 物理化学 冶金 有机化学 物理 光学 光电子学
作者
Zhaodong Niu,Shiying Fan,Xinyong Li,Zhiyuan Liu,Jing Wang,Jun Duan,Moses O. Tadé,Shaomin Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (31): 35477-35484 被引量:62
标识
DOI:10.1021/acsami.2c04789
摘要

Electrocatalytic nitrate reduction is an effective strategy to eliminate nitrate's environmental impact and produce high-value-added ammonia products. However, most of the current reports focus on preparation strategies of catalysts, with poor exploration of the mechanism. In this work, we fabricated a binding-free Cu-doped Co3O4 electrode (Cu-Co3O4) to reveal the structure-activity relationship. Cu-Co3O4 exhibited a maximum Faradaic efficiency of ammonia of up to 86.5% at -0.6 V vs reversible hydrogen electrode in a neutral electrolyte, with the corresponding yield rate of 36.71 mmol h-1 g-1. In situ electrochemical Raman spectroscopy confirmed that the structure of Cu-Co3O4 exhibits excellent stability and durability. Theoretical analysis revealed that the interaction between Cu and Co induces the d-band center position of the mono-metal oxide to shift toward the center to optimize the nitrate reduction intermediate hydrodeoxygenation free-energy change, especially of *NOx (x = 1, 2, and 3). These results offer guidelines for the electrochemical reduction of nitrate with transition metal oxide electrocatalysts.
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