Enhancement of Nitrate‐to‐Ammonia on Amorphous CeOx‐Modified Cu via Tuning of Active Hydrogen Supply

材料科学 无定形固体 催化作用 电化学 制氢 氨生产 化学工程 产量(工程) 拉曼光谱 物理化学 结晶学 化学 电极 有机化学 工程类 物理 冶金 光学
作者
Yufeng Li,Chaochen Wang,Lekuan Yang,Wangxin Ge,Jianhua Shen,Yihua Zhu,Chunzhong Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (7) 被引量:81
标识
DOI:10.1002/aenm.202303863
摘要

Abstract The electrochemical nitrate reduction reaction (NO 3 RR) is an environment‐friendly and promising alternative to the conventional Haber–Bosch ammonia synthesis process, which is a complex process of proton‐coupled electron transfer. Hereon, the amorphous CeO x support introduced to construct Cu/a‐CeO x heterostructure is prepared to provide sufficient *H and synergistically catalyze the NO 3 RR. Cu/a‐CeO x achieves a maximum ammonia yield of 1.52 mmol h −1 mg cat −1 . In the flow cell, the NH 3 yield reaches 17.93 mmol h −1 mg cat −1 at 1 A cm −2 , which exceeds most of the state‐of‐the‐art catalysts. In situ X‐ray diffraction (XRD) and in situ Raman observe that the catalyst undergoes structural reconfiguration under operating conditions, thus confirming that Cu 2 O is not the true active center in the catalytic process. Furthermore, in situ characterizations and density functional theory (DFT) calculations demonstrate that the amorphous CeO x in Cu/a‐CeO x modulates the electronic structure of Cu and overcomes the higher potential barrier required for the decomposition of water on Cu, which greatly facilitates the hydrolysis process and provides a higher H‐coverage rate for the hydrogenation of NO 3 − , realizing a dynamic equilibrium between the production and consumption of active hydrogen. This component design strategy centered on the amorphous structure opens up a new pathway for the electrochemical NO 3 RR.
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