Electrocatalytic Nitrate Reduction to Hydroxylamine: Breaking the Activity‐Selectivity Trade‐Off by Designer Bifunctional Metal‐Organic Frameworks

双功能 化学 双金属片 电催化剂 羟胺 无机化学 产量(工程) 选择性 亚硝酸盐 硝酸盐 催化作用 氨生产 法拉第效率 还原(数学) 联轴节(管道) 纳米技术 组合化学 化学工程 工作(物理) 阴极
作者
Yingying Zou,Zheng Wang,Chaoqi Zhang,Tong Bao,Yamin Xi,Yuye Zhao,Zhijie Li,Yunying Wang,Chao Liu,Chengzhong Yu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (11): e18171-e18171
标识
DOI:10.1002/anie.202518171
摘要

ABSTRACT Electrocatalytic nitrate reduction reaction (NitRR) offers a promising route for hydroxylamine (NH 2 OH) synthesis under ambient conditions. However, the inherent activity‐selectivity trade‐off limits the overall performance. To overcome this challenge, a bimetallic NiMg‐MOF‐74 electrocatalyst is designed for NH 2 OH production via NitRR with high performance. Experimental and theoretical investigations have unraveled the synergy of dual active sites in promoting NO 3 − to NH 2 OH conversion. The electron‐sufficient Ni (2‐δ)+ site weakens the binding of *NH 2 OH intermediate and minimizes its excessive reduction to undesired NH 3 byproduct. Moreover, the electron‐deficient Mg (2+δ)+ site with higher charge density than Ni (2‐δ)+ facilitates hydration and hydrogenation steps of N─O species over proximal Ni (2‐δ)+ site, thus the overall activity for NH 2 OH formation is increased. The concurrently enhanced selectivity and activity result in a high Faradaic efficiency of 92.3% and an unprecedented NH 2 OH yield rate of 55.1 mg h −1 cm −2 in a flow reactor, which can be directly utilized for the preparation of value‐added oxime compounds. Further, the coupling of NitRR with photovoltaics in one system enables bias‐free NH 2 OH production with a high solar‐to‐NH 2 OH efficiency of 17.74%. Our work offers advanced electrocatalysts and new insights for sustainable NH 2 OH electrosynthesis.
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