Size‐Defined Ru Nanoclusters Supported by TiO2 Nanotubes Enable Low‐Concentration Nitrate Electroreduction to Ammonia with Suppressed Hydrogen Evolution

纳米团簇 催化作用 硝酸盐 无机化学 材料科学 电化学 纳米颗粒 吸附 硝酸锌 氨生产 化学工程 纳米技术 化学 有机化学 物理化学 电极 冶金 工程类
作者
Wenxi Qiu,Minghao Xie,Pengfei Wang,Taotao Gao,Ran Li,Dan Xiao,Zhaoyu Jin,Panpan Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (30): e2300437-e2300437 被引量:49
标识
DOI:10.1002/smll.202300437
摘要

Abstract Anthropogenic nitrate pollution has an adverse impact on the environment and human health. As part of a sustainable nitrate management strategy, electrochemical denitrification is studied as an innovative strategy for nutrients recycling and recovering. It is, however, challenging to selectively electro‐reduce nitrate with low‐concentration for ammonia. Herein, the photo‐deposition of size‐defined Ru nanoclusters (NCs, average size: ≈1.66 nm) on TiO 2 nanotubes (NTs) is demonstrated, which show improved performance for nitrate‐to‐ammonia electroreduction with a maximum yield rate of ≈600 µg h −1 cm −2 and a faradic efficiency (FE) of > 90.0% across a broad range of potentials in comparison with electrodeposited Ru nanoparticles (NPs, average size: ≈23.78 nm) on TiO 2 NTs. Experimental and theoretical evidence further suggests the small‐size Ru NCs with the intrinsically enhanced selectivity and activity because of the strong metal/substrate interaction and unsaturated coordination state. The findings highlight the size effect on Ru‐based catalyst supported on metal oxides, a versatile catalytic model, which allows the regulation of hydrogen adsorption to favor ammonia production over the competing hydrogen evolution reaction.
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