Spin state and orbital engineering of cuprous oxide for efficient nitrate reduction

催化作用 密度泛函理论 氧化物 解吸 材料科学 吸附 选择性催化还原 氨生产 无机化学 硝酸盐 法拉第效率 过渡金属 化学 产量(工程) 自旋态 选择性 轨道杂交 选择性还原 化学工程 配体(生物化学) 化学物理
作者
Huicong Xia,Haihui Lan,Yue Yu,Yifan Wei,Zixin Li,Renqin Yu,Siran Xu,Yunchuan Tu,Mingkai Liu,Jianan Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-76420-8
摘要

Abstract Electrocatalytic nitrate reduction provides a sustainable pathway for wastewater treatment and ammonia production, yet the complex multi‑electron transfer demands efficient catalysts to achieve both high selectivity and fast kinetics. Here we show that atomic substitution of magnetic transition metals (Cr, Mn, Fe, Co, Ni) into cuprous oxide enables systematic tuning of catalytic performance. Density functional theory calculations combined with experiments identify that catalytic activity is governed by nitrate adsorption strength, ammonia desorption energy, and d–p orbital hybridization. Cobalt‑substituted cuprous oxide delivers a near‑unity Faradaic efficiency of 96.5% and an ammonia yield rate of 2.8 mM h −1 mg cat −1 , showing favorable performance compared with the other metal‑doped counterparts. Mechanistic studies reveal that cobalt substitution alters the spin configuration at the active sites, which optimizes orbital hybridization and balances the adsorption and desorption of key intermediates. This work establishes a design principle linking atomic‑level spin and orbital engineering to catalytic performance, providing a framework for developing high‑performance nitrate reduction electrocatalysts.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
qizhang完成签到,获得积分10
1秒前
sbdxlwyd完成签到,获得积分10
1秒前
WWK13发布了新的文献求助10
2秒前
小茉莉发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
一心完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
3秒前
司白奎完成签到 ,获得积分10
3秒前
ding完成签到 ,获得积分10
3秒前
SunGuangkai发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
4秒前
4秒前
4秒前
wztin发布了新的文献求助10
4秒前
共享精神应助gaterina采纳,获得10
5秒前
akan完成签到,获得积分10
5秒前
英姑应助健壮冬卉采纳,获得10
5秒前
akakns发布了新的文献求助10
6秒前
任性的翼发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
7秒前
调皮的冷珍完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
852应助WK采纳,获得10
7秒前
qinghe完成签到 ,获得积分10
7秒前
不吃别夹发布了新的文献求助10
8秒前
彭于晏应助alhn采纳,获得10
8秒前
小李呀完成签到,获得积分10
8秒前
Orange应助raorao采纳,获得10
8秒前
李太白完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
老年人发布了新的文献求助10
10秒前
a半城繁华半城殇完成签到,获得积分10
10秒前
xiarq完成签到 ,获得积分10
10秒前
摩卡可可碎片星冰乐完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
爱听歌巧凡完成签到,获得积分10
11秒前
小肥完成签到 ,获得积分10
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
An Introduction to Foreign Language Learning and Teaching 750
The Oxford Handbook of Digital Classical Studies 550
China Pluperfect I: Epistemology of Past and Outside in Chinese Art 520
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
The fast track to determining transfer functions of linear circuits: The student guide 500
The Analytical and Numerical Solution of Electric and Magnetic Fields 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7621077
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9196001
关于积分的说明 19711432
捐赠科研通 7192481
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3272650
关于科研通互助平台的介绍 2435199
邀请新用户注册赠送积分活动 2267801