Amorphous/Crystalline Heterostructure Engineering via Electrochemical Reconstruction of Exfoliated CuCoAl Layered Double Hydroxide for Efficient and Stable Nitrate Reduction

材料科学 氢氧化物 电化学 异质结 剥脱关节 无定形固体 法拉第效率 化学工程 硝酸盐 环境污染 催化作用 层状双氢氧化物 电池(电) 纳米技术 氨 还原(数学) 产量(工程) 石墨烯 无机化学 金属 贵金属
作者
Song Dong,Jun Zhang,Shuangqun Chen,Han Wang,Shuaishuai Man,Qun Yan,Volker Presser
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (40) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.75074
摘要

ABSTRACT Electrochemical nitrate reduction (eNO 3 RR) mitigates environmental nitrate pollution while offering a sustainable approach for green NH 3 synthesis, but is plagued by limited electrocatalytic activity and unsatisfactory stability. Accordingly, we adopted an exfoliation‐induced in situ electrochemical deep reconstruction strategy to construct an amorphous/crystalline heterostructure using a multilayer CuCoAl layered double hydroxide (LDH) as a precursor. The characterization results illustrate that the few‐layer CuCoAl LDH underwent a deep reconstruction process to transform into a structure with co‐existing metallic Cu, crystalline Co(OH) 2 , and amorphous CoOOH. Among these, CoOOH can firmly anchor the Cu cluster to promote the transformation of NO 3 − to NO 2 − , while Co(OH) 2 mainly facilitates the subsequent hydrogenation steps. These three species act cooperatively to endow the reconstructed few‐layer LDH with extraordinary eNO 3 RR activity (99.5% Faradaic efficiency, 95.7% NH 3 selectivity, and 1.92 mol h −1 g −1 yield rate at −0.57 V vs. RHE in 0.1 m nitrate) and stability. The Zn‐NO 3 − battery assembled with FA 2 ‐CuCoAl LDH simultaneously achieved environmental remediation, energy storage, and sustainable ammonia synthesis. Thus, this study reveals the reconstruction behavior of CuCoAl LDH, demonstrates the positive effect of the exfoliation step, and provides a novel strategy for designing efficient and stable eNO 3 RR catalysts based on amorphous/crystalline heterostructure engineering.
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