In Situ Synthesis of CuxO/N Doped Graphdiyne with Pyridine N Configuration for Ammonia Production via Nitrate Reduction

氨生产 法拉第效率 选择性 催化作用 吡啶 电解 材料科学 硝酸盐 无机化学 电化学 化学 电极 有机化学 物理化学 电解质
作者
Jian Li,Roberto Valenza,Sophia Haussener
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (33): e2310467-e2310467 被引量:12
标识
DOI:10.1002/smll.202310467
摘要

Electroreduction of nitrate to ammonia provides an interesting pathway for wastewater treatment and valorization. Cu-based catalysts are active for the conversion of NO3 - to NO2 - but suffer from an inefficient hydrogenation process of NO2 -. Herein, CuxO/N-doped graphdiyne (CuxO/N-GDY) with pyridine N configuration are in situ prepared in one pot. Benefiting from the synergistic effect of pyridinic N in GDY and CuxO, the prepared CuxO/N-GDY tested in a commercial H-cell achieved a faradaic efficiency of 85% toward NH3 at -0.5 V versus RHE with a production rate of 340 µmol h-1 mgcat -1 in 0.1 M KNO3. When integrating the CuxO/N-GDY in an anion exchange membrane flow electrolyzer, a maximum Faradaic efficiency of 89% is achieved at a voltage of 2.3 V and the production rate is 1680 µmol h-1 mgcat -1 at 3.3 V in 0.1 M KNO3 at room temperature. Operation at 40 °C further promoted the overall reaction kinetics of NO3 - to NH3, but penalized its selectivity with respect to hydrogen evolution reaction. The high selectivity and production rate in this device configuration demonstrate its potential for industrial application.
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