Identification of Dynamic Active Sites Among Cu Species Derived from MOFs@CuPc for Electrocatalytic Nitrate Reduction Reaction to Ammonia

催化作用 氨 化学 电化学 吸附 硝酸盐 活动站点 电合成 纳米颗粒 电催化剂 无机化学 氧化还原 材料科学 电极 纳米技术 物理化学 有机化学
作者
Xue-Yang Ji,Ke Sun,Zhikun Liu,Xinghui Liu,Weikang Dong,Xintao Zuo,Ruiwen Shao,Jun Tao
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:15 (1): 110-110 被引量:122
标识
DOI:10.1007/s40820-023-01091-9
摘要

Abstract Direct electrochemical nitrate reduction reaction (NITRR) is a promising strategy to alleviate the unbalanced nitrogen cycle while achieving the electrosynthesis of ammonia. However, the restructuration of the high-activity Cu-based electrocatalysts in the NITRR process has hindered the identification of dynamical active sites and in-depth investigation of the catalytic mechanism. Herein, Cu species (single-atom, clusters, and nanoparticles) with tunable loading supported on N-doped TiO2/C are successfully manufactured with MOFs@CuPc precursors via the pre-anchor and post-pyrolysis strategy. Restructuration behavior among Cu species is co-dependent on the Cu loading and reaction potential, as evidenced by the advanced operando X-ray absorption spectroscopy, and there exists an incompletely reversible transformation of the restructured structure to the initial state. Notably, restructured CuN4&Cu4 deliver the high NH3 yield of 88.2 mmol h−1 gcata−1 and FE (~ 94.3%) at − 0.75 V, resulting from the optimal adsorption of NO3− as well as the rapid conversion of *NH2OH to *NH2 intermediates originated from the modulation of charge distribution and d-band center for Cu site. This work not only uncovers CuN4&Cu4 have the promising NITRR but also identifies the dynamic Cu species active sites that play a critical role in the efficient electrocatalytic reduction in nitrate to ammonia.
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