Controlled Defective Engineering on CuIr Catalyst Promotes Nitrate Selective Reduction to Ammonia

催化作用 硝酸盐 氨生产 还原(数学) 电化学 选择性催化还原 材料科学 无机化学 化学 电极 有机化学 物理化学 几何学 数学
作者
Xiaotian Guo,Jidong Yu,Shijie Ren,Rui‐Ting Gao,Limin Wu,Lei Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (35): 24252-24261 被引量:43
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c05772
摘要

Electrochemical nitrate reduction reaction (NO3-RR) is a promising low-carbon and environmentally friendly approach for the production of ammonia (NH3). Herein, we develop a high-temperature quenched copper (Cu) catalyst with the aim of inducing nonequilibrium phase transformation, revealing the multiple defects (distortion, dislocations, vacancies, etc.) presented in Cu, which lead to low overpotential for NO3-RR and high efficiency for NH3 production. Further loading a low content of iridium (Ir) species on the Cu surface improves the reactivity and ammonia selectivity. The resultant CuIr electrode exhibits a Faradaic efficiency of 93% and a record yield of 6.01 mmol h-1 cm-2 at -0.22 VRHE exceeding those of state-of-the-art NO3-RR catalysts. Detailed investigations have demonstrated that the synergistic effect between multiple defects and Ir decoration effectively regulate the d-band center of copper, change the adsorption state of the catalyst surface, and promote the adsorption and reduction of intermediates and reactants. The strong H* adsorption ability of the Ir element provides more active hydrogen for the generation of ammonia, promoting the reduction of nitrate to NH3.
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