CuPt Alloy Enabling the Tandem Catalysis for Reduction of HCOOH and NO3− to Urea at High Current Density

材料科学 串联 催化作用 合金 电流(流体) 电流密度 尿素 无机化学 还原(数学) 纳米技术 物理化学 冶金 有机化学 热力学 化学 几何学 复合材料 物理 量子力学 数学
作者
Yaodong Yu,Jiani Han,Haoran Li,H. Diao,Yue Shi,Guangzhe Jin,Hongdong Li,Г. А. Баглюк,Lei Wang,Jianping Lai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (14): e2419738-e2419738 被引量:35
标识
DOI:10.1002/adma.202419738
摘要

Abstract The formation of urea by electrocatalytic reduction of C 1 ‐reactants and NO 3 − is an attractive way to store renewable electricity, close the carbon cycle, and eliminate nitrate contaminants from wastewater. Involving insufficient supply of C 1 reactants and multiple electron transfers makes the reaction difficult to achieve high Faraday efficiency and high yield at high current density. Here, a urea synthesis approach is presented via electrocatalytic reductive coupling between liquid HCOOH and NO 3 − on copper foam (CF) loaded Cu 4 Pt catalyst with optimized ratios. A urea yield of 40.08 mg h −1 cm −2 is achieved with FE up to 58.1% at a current density of −502.3 mA cm −2 , superior to the productivity of previously reported catalysts. No degradation is observed over 120‐h continuous operation at such a high yield rate. The highly efficient activity of Cu 4 Pt/CF can be attributed to the synergetic effect between Pt and Cu sites via tandem catalysis, in which the doped Pt sites enrich liquid HCOOH reactants, promote HCOOH intermolecular dehydration, and form and adsorb large amounts of * CO key intermediates. The Cu sites can generate large quantities of the key intermediate * NH 2 . The Cu 4 Pt/CF adsorbed intermediates * CO and * NH 2 are the basis for subsequent thermodynamic spontaneous C─N coupling.
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