Fe and Cu Double-Doped Co3O4 Nanorod with Abundant Oxygen Vacancies: A High-Rate Electrocatalyst for Tandem Electroreduction of Nitrate to Ammonia

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作者
Maosen Song,Yuxuan Xing,Yudong Li,Dan Liú,Enshan Han,Yang Gao,Ziyi Yang,Xiaohui Yang,Yanzhen He
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (40): 16641-16651 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c02834
摘要

The electrochemical nitrate reduction reaction (NO3RR) is an attractive green alternative to the conventional Haber-Bosch method for the synthesis of NH3. However, this reaction is a tandem process that involves multiple steps of electrons and protons, posing a significant challenge to the efficient synthesis of NH3. Herein, we report a high-rate NO3RR electrocatalyst of Fe and Cu double-doped Co3O4 nanorod (Fe1/Cu2-Co3O4) with abundant oxygen vacancies, where the Cu preferentially catalyzes the rapid conversion of NO3- to NO2- and the oxygen vacancy in the Co3O4 substrate can accelerate NO2- reduction to NH3. In addition, the introduction of Fe can efficiently capture atomic H* that promotes the dynamics of NO2- to NH3, improving Faradaic efficiency of the produced NH3. Controlled experimental results show that the optimal electrocatalyst of Fe1/Cu2-Co3O4 exhibits good performance with high conversion (93.39%), Faradaic efficiency (98.15%), and ammonia selectivity (98.19%), which is significantly better than other Co-based materials. This work provides guidance for the rational design of high-performance NO3RR catalysts.
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