Constructing Ru@C3N4/Cu Tandem Electrocatalyst with Dual‐Active Sites for Enhanced Nitrate Electroreduction to Ammonia

电催化剂 硝酸盐 无机化学 亚硝酸盐 电化学 吸附 选择性 串联 氨生产 材料科学 化学 催化作用 电极 物理化学 有机化学 复合材料
作者
Yinan Zheng,Mingxin Qin,Xin Yu,Yao Hu,Wenhua Zhang,Gang Xie,Xiaohui Guo
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (30) 被引量:40
标识
DOI:10.1002/smll.202302266
摘要

Electroreduction of nitrate to ammonia reaction (NO3- RR) is considered as a promising carbon-free energy technique, which can eliminate nitrate from waste-water also produce value-added ammonia. However, it remains a challenge for achieving satisfied ammonia selectivity and Faraday efficiency (FE) due to the complex multiple-electron reduction process. Herein, a novel Tandem electrocatalyst that Ru dispersed on the porous graphitized C3 N4 (g-C3 N4 ) encapsulated with self-supported Cu nanowires (denoted as Ru@C3 N4 /Cu) for NO3- RR is presented. As expected, a high ammonia yield of 0.249 mmol h-1 cm-2 at -0.9 V and high FENH3 of 91.3% at -0.8 V versus RHE can be obtained, while achieving excellent nitrate conversion (96.1%) and ammonia selectivity (91.4%) in neutral solution. In addition, density functional theory (DFT) calculations further demonstrate that the superior NO3- RR performance is mainly resulted from the synergistic effect between the Ru and Cu dual-active sites, which can significantly enhance the adsorption of NO3- and facilitate hydrogenation, as well as suppress the hydrogen evolution reaction, thus lead to highly improved NO3- RR performances. This novel design strategy would pave a feasible avenue for the development of advanced NO3- RR electrocatalysts.
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