The Influence of the Co/Cu Ratio and Organic Ligand in MOF/ Copper Phthalocyanine‐Derived Tandem Electrocatalysts on the Electrocatalytic Nitrate Reduction Reaction

催化作用 串联 法拉第效率 化学 选择性 产量(工程) 无机化学 配体(生物化学) 电化学 金属 组合化学 酞菁 电催化剂 硝酸盐 氧化还原 协同催化 合理设计 反应速率 选择性催化还原 光化学 反应机理 反应中间体 级联反应
作者
Ling Qin,Yanan Wang,Jian‐Guo Liu,Jin‐Long An,Qiang Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (31): e73420-e73420 被引量:2
标识
DOI:10.1002/smll.73420
摘要

ABSTRACT Electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO 3 RR) offers a sustainable pathway for ammonia production, yet it remains challenging to achieve high activity and high selectivity within a single catalytic system. Herein, we construct a series of MOF‐derived Cu x Co y ‐based catalysts, among which Cu 1 Co 5 ‐based catalysts exhibit outstanding NO 3 RR performance: it delivers a Faradaic efficiency for NH 3 of 97.53% at ‐1.0 V (vs RHE) and an NH 3 yield rate of 22.3 mg · h −1 · mg cat −1 at − 1.1 V (vs RHE), while producing negligible NO 2 − by‐products. By systematically tuning the metal combinations (Cu/Co/Ni), Cu precursors, and Co‐MOF ligands, we established a clear structure‐activity relationship for NO 3 RR. Cu 1 Co 5 ‐based catalysts are a tandem catalyst; Cu─N x sites derived from copper phthalocyanine (CuPc) are indispensable for the initial activation of NO 3 − and the suppression of NO 2 − accumulation, whereas Co‐based sites are markedly superior to Ni in driving the multi‐electron deep hydrogenation of NO x intermediates to NH 3 . This study elucidates the cooperative roles of metal coupling, precursor chemistry, and ligand microenvironment in Co─Cu─N─C architectures, and provides a general structural design strategy for the rational development of next‐generation, high‐efficiency tandem electrocatalysts for nitrate‐to‐ammonia conversion.
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