Asymmetric Activation of the Nitro Group over a Ag/Graphene Heterointerface to Boost Highly Selective Electrocatalytic Reduction of Nitrobenzene

过电位 硝基苯 材料科学 苯胺 选择性 电化学 无机化学 石墨烯 氧化还原 光化学 催化作用 电极 纳米技术 物理化学 化学 有机化学 冶金
作者
Wenqian Li,Jiawei Zhao,Changyu Yan,Boxu Dong,Yuchi Zhang,Wenjing Li,Jiantao Zai,Gao‐Ren Li,Xuefeng Qian
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (22): 25478-25489 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acsami.2c04533
摘要

The electrocatalytic reduction of nitrobenzene to aniline normally faces high overpotential and poor selectivity because of its six-electron redox nature. Herein, a Ag nanoparticles/laser-induced-graphene (LIG) heterointerface was fabricated on polyimide films and employed as an electrode material for an efficient nitrobenzene reduction reaction (NBRR) via a one-step laser direct writing technology. The first-principles calculations reveal that Ag/LIG shows the lowest activation barriers for the NBRR, which could be attributed to the optimum adsorption of the H atom realized by the appropriate interaction between Ag/LIG heterointerfaces and nitrobenzene. As a result, the overpotential of the NBRR is reduced by 217 mV after silver loading, and Ag/LIG shows a high aniline selectivity of 93%. Furthermore, an electrochemical reduction of nitrobenzene in tandem with an electrochemical oxidative polymerization of aniline was designed to serve as an alternative method to remove nitrobenzene from the aqueous solution. This strategy highlights the significance of heterointerfaces for efficient electrocatalysts, which may stimulate the development of novel electrocatalysts to boost the electrocatalytic activity.
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