Oxygen vacancies enhanced cooperative electrocatalytic reduction of carbon dioxide and nitrite ions to urea

无机化学 催化作用 过电位 电催化剂 化学 法拉第效率 二氧化碳电化学还原 锐钛矿 氧气 亚硝酸盐 电化学 一氧化碳 电极 光催化 有机化学 物理化学 硝酸盐
作者
Na Cao,Yueli Quan,Anxiang Guan,Chao Yang,Yali Ji,Lijuan Zhang,Gengfeng Zheng
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:577: 109-114 被引量:190
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2020.05.014
摘要

The electrochemical reduction of carbon dioxide and nitrite ions into value-added chemicals represents one of the most promising approaches to relieve the greenhouse gases, while a critical challenge is to search for a highly effective catalyst with low energy input and high conversion selectivity. In this work, we demonstrated low-valence Cu doped, oxygen vacancy-rich anatase TiO2 (Cu-TiO2) nanotubes as a synergetic catalyst for electrochemical co-reduction of both CO2 and NO2–. The incorporation of Cu dopants in anatase TiO2 facilitated to form abundant oxygen vacancies and bi-Ti3+ defect sites, which allowed for efficient nitrite adsorption and activation. The low-valence Cu dopants also served as effective catalytic centers to reduce CO2 into CO* adsorbate. The close proximity of CO* and NH2* intermediates was beneficial for the subsequent cooperative tandem reaction to form urea via the CN coupling. This oxygen vacancy-rich Cu-TiO2 electrocatalyst enabled excellent urea production rate (20.8 μmol⋅h−1) and corresponding Faradaic efficiency (43.1%) at a low overpotential of –0.4 V versus reversible hydrogen electrode, substantially superior than those of undoped TiO2, thus suggesting an exciting approach for cooperative CO2 and nitrogen fixation.
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