Ru-Doped Pd Nanoparticles for Nitrogen Electrooxidation to Nitrate

电化学 化学 催化作用 无机化学 氮气 硝酸盐 氧化还原 纳米颗粒 拉曼光谱 同位素标记 电催化剂 材料科学 纳米技术 电极 物理化学 有机化学 物理 光学
作者
Tieliang Li,Shuhe Han,Changhong Wang,Yanmei Huang,Yuting Wang,Yifu Yu,Bin Zhang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:11 (22): 14032-14037 被引量:92
标识
DOI:10.1021/acscatal.1c04360
摘要

Electrocatalytic nitrogen oxidation to nitrate is a promising alternative to the conventional nitrate synthesis industry, which is accompanied by huge energy consumption and greenhouse gas emission. However, breaking the N≡N triple bond (941 kJ·mol–1) in nitrogen is still challenging, and thus, the development of efficient electrocatalysts with established reaction pathways is highly required. Herein, a series of Ru-doped Pd materials are prepared, and the optimized Pd0.9Ru0.1 sample exhibits superior performance for electrocatalytic nitrogen oxidation into nitrate, greatly outperforming pure Pd and Ru samples. The 15N isotope-labeling studies and other characterizations results indicate that the produced nitrate originates from N2 electrooxidation. Electrochemical in situ Raman spectra reveal the formed Pd0.9Ru0.1O2 on the surface serves as the active species. Electrochemical in situ Fourier transform infrared spectroscopy and online differential electrochemical mass spectrometry experimentally unveil the reaction pathway of nitrogen electrooxidation on Pd0.9Ru0.1O2. The combined results of experiments and theoretical simulations reveal Ru doping not only promotes the formation of more active species but also changes the potential-limiting step with a lower energy barrier.
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