Atomic-Scale Tailoring C–N Coupling Sites for Efficient Acetamide Electrosynthesis over Cu-Anchored Boron Nitride Nanosheets

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作者
Yan Wang,Shuai Xia,Kui Chen,Jianfang Zhang,Hao Tan,Cuiping Yu,Jiewu Cui,Jianrong Zeng,Jingjie Wu,Peng Wang,Yucheng Wu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (50): 34403-34414 被引量:57
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c14039
摘要

Electrochemical conversion of carbon and nitrogen sources into valuable chemicals provides a promising strategy for mitigating CO2 emissions and tackling pollutants. However, efficiently scaling up C-N products beyond basic compounds like urea remains a significant challenge. Herein, we upgrade the C-N coupling for acetamide synthesis through coreducing CO and nitrate (NO3-) on atomic-scale Cu dispersed on boron nitride (Cu/BN) nanosheets. The specific form of Cu, such as single atom, nanocluster, and nanoparticles, endows Cu/BN different adsorption capacity for CO and NO3-, thereby dictating the catalytic activity and selectivity for acetamide formation. The Cu nanocluster-anchored BN (Cu NCs/BN) catalyst achieves an industrial-level current density of 178 mA cm-2 for the C-N coupling reaction and an average acetamide yield rate of 137.0 mmol h-1 gcat.-1 at -1.6 V versus the reversible hydrogen electrode. Experimental and theoretical analyses uncover the pivotal role of the strong electronic interaction between Cu nanoclusters and BN, which activates CO and NO3-, facilitates the formation of key *CCO and *NH2 intermediates, and expedites the C-N coupling pathway to acetamide. This work propels the development of atomic structure catalysts for the efficient conversion of small molecules to high-value chemicals through electrochemical processes.
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