Enhancing Low‐Concentration Electroreduction of NO to NH3 via Potential‐Controlled Active Site‐Intermediate Interactions

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作者
Xiaoxi Guo,Tongwei Wu,Hengfeng Li,Liyuan Chai,Min Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202420346
摘要

Electronic defect states in catalysts are recognized as effective active sites for enhancing the low‐concentration electroreduction of NO to NH3 (NORR). Their structures dynamically evolve with applied potentials, allowing the active sites to adjust interactions with intermediates, thereby improving electrocatalytic performance. However, the dynamic changes in these interactions under applied potentials remain poorly understood, hindering the design of diverse electrocatalytic systems. Herein, we developed a strategy that unitizes potential to control the interactions between active sites and intermediates over VO‐TiO2‐x to enhance NORR performance. Combining constant inner potential (CIP) DFT calculations with in situ (spectro)electrochemical measurements, we investigated how the electrode potential influences these interactions in NORR. The results demonstrate that applying external potentials promote the formation of Ti3+ active sites and alter its spatial symmetry of degenerate orbitals to facilitate the generation of key intermediates for NO‐to‐NH3 conversion. Therefore, the VO‐TiO2‐x catalyst exhibited superior NORR performance with Faradaic efficiency of 76.4% and NH3 yield rate of 632.9 μg h‐1 mgcat.‐1 under 1.0 vol% NO atmosphere, which is competitive with reported works under higher NO concentration (above 10 vol%). Remarkably, the NORR process achieved a record‐breaking NH3 yield of 2292.7 μg h‐1 mgcat.‐1 in a membrane electrode assembly (MEA) electrolyzer.
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