Unraveling the Mechanism of Ammonia Electrooxidation by Coupled Differential Electrochemical Mass Spectrometry and Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopic Studies

化学 电化学 质谱法 红外线的 吸收(声学) 红外光谱学 分析化学(期刊) 光化学 无机化学 环境化学 物理化学 有机化学 色谱法 电极 光学 物理
作者
Hongsen Wang,Dario R. Dekel,Héctor D. Abruña
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (23): 15926-15940 被引量:63
标识
DOI:10.1021/jacs.4c02621
摘要

Ammonia electrooxidation has received considerable attention in recent times due to its potential application in direct ammonia fuel cells, ammonia sensors, and denitrification of wastewater. In this work, we used differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) coupled with attenuated total reflection-surface-enhanced infrared absorption (ATR-SEIRA) spectroscopy to study adsorbed species and solution products during the electrochemical ammonia oxidation reaction (AOR) on Pt in alkaline media, and to correlate the product distribution with the surface ad-species. Hydrazine electrooxidation, hydroxylamine electrooxidation/reduction, and nitrite electroreduction on Pt have also been studied to enhance the understanding of the AOR mechanism. NH3, NH2, NH, NO, and NO2 ad-species were identified on the Pt surface with ATR-SEIRA spectroscopy, while N2, N2O, and NO were detected with DEMS as products of the AOR. N2 is formed through the coupling of two NH ad-species and then subsequent further dehydrogenation, while the dimerization of HNOad leads to the formation of N2O. The NH-NH coupling is the rate-determining step (rds) at high potentials, while the first dehydrogenation step is the rds at low potentials. These new spectroscopic results about the AOR and insights could advance the search and design of more effective AOR catalysts.
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