Cu‐Co Dual Sites Tandem Synergistic Effect Boosting Neutral Low Concentration Nitrate Electroreduction to Ammonia

化学 催化作用 吸附 无机化学 电催化剂 硝酸盐 氨生产 电化学 串联 材料科学 电极 物理化学 有机化学 复合材料
作者
Wenhao Yang,Ziwei Chang,Xu Yu,Ping Wu,Ruxiang Shen,Lianzhou Wang,Xiangzhi Cui,Jianlin Shi
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (14): e2416386-e2416386 被引量:47
标识
DOI:10.1002/advs.202416386
摘要

Electrochemical nitrate reduction reaction (NO3 -RR) has emerged as an alternative strategy for wastewater treatment and ammonia production in neutral low-concentration nitrate. However, the electrocatalyst faces the challenge of limited NO3 - distribution and deficient active hydrogen (Hads) on the catalyst surface resulting from the low concentration of NO3 - and the difficulty of water splitting under neutral conditions. Here, a Cu-Co dual sites tandem synergistic catalysis mechanism has been proposed by doping Cu into CoP to facilitate the adsorption and conversion of NO3 - on Cu and to accelerate the water splitting on CoP leading to the significantly high NO3 -RR performance. The designed Cu-CoP catalyst exhibits an ammonia yield of 7.65 mg h-1 cm-2 and a Faraday efficiency of 85.1% at -1.0 V under neutral low-concentration nitrate (10 m M), which is the highest ammonia yield in the reported data. In situ characterization and theoretical calculations confirm the tandem synergistic effect, in which the Cu site favors the adsorption and activation of NO3 - to form NO2 -, and concurrently modulates the electronic structure of the Co site with optimized Hads adsorption resulting in the significantly enhanced NO3 -RR at neutral low concentration nitrate.
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