Conjugated Coordination Polymer as a New Platform for Efficient and Selective Electroreduction of Nitrate into Ammonia

催化作用 选择性 吸附 共轭体系 材料科学 无机化学 金属 光化学 组合化学 化学 聚合物 有机化学
作者
Yizhe Zhang,Hui Zheng,Kangjie Zhou,Jinyu Ye,Kaibin Chu,Zhiyou Zhou,Longsheng Zhang,Tianxi Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (10): e2209855-e2209855 被引量:140
标识
DOI:10.1002/adma.202209855
摘要

Abstract Electroreduction of nitrate into ammonia (NRA) provides a sustainable route to convert the widespread nitrate pollutants into high‐value‐added products under ambient conditions, which unfortunately suffers from unsatisfactory selectivity due to the competitive hydrogen evolution reaction (HER). Previous strategies of modifying the metal sites of catalysts often met a dilemma for simultaneously promoting activity and selectivity toward NRA. Here, a general strategy is reported to enable an efficient and selective NRA process through coordination modulation of single‐atom catalysts to tailor the local proton concentration at the catalyst surface. By contrast, two analogous Ni‐single‐atom enriched conjugated coordination polymers (NiO 4 ‐CCP and NiN 4 ‐CCP) with different coordination motifs are investigated for the proof‐of‐concept study. The NiO 4 ‐CCP catalyst exhibits an ammonia yield rate as high as 1.83 mmol h −1 mg −1 with a Faradaic efficiency of 94.7% under a current density of 125 mA cm −2 , outperforming the NiN 4 ‐CCP catalyst. These experimental and theoretical studies both suggest that the strategy of coordination modulation can not only accelerate the NRA by adjusting the adsorption energies of NRA intermediates on the metal sites but also inhibit the HER through regulating the proton migration with contributions from the metal‐hydrated cations adsorbed at the catalyst surface, thus achieving simultaneous enhancement of NRA selectivity and activity.
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