Alloying effect-induced electron polarization drives nitrate electroreduction to ammonia

法拉第效率 电子转移 电化学 密度泛函理论 极化(电化学) 无机化学 吸附 氧化物 选择性 化学 氮气 硝酸盐 催化作用 电极 光化学 物理化学 计算化学 有机化学
作者
Haibo Yin,Zhen Chen,Shangchao Xiong,Jianjun Chen,Chizhong Wang,Rong Wang,Yasutaka Kuwahara,Jingshan Luo,Hiromi Yamashita,Yue Peng,Junhua Li
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier]
卷期号:1 (5): 1088-1103 被引量:75
标识
DOI:10.1016/j.checat.2021.08.014
摘要

Electrocatalytic conversion of nitrate (NO3−) to ammonia (NH3) holds significant potential in the control of nitrogen oxide (NOx) from stationary sources. However, previous studies on reaction intermediates remain unclear. Here we report that PdCu/Cu2O hybrids with mesoporous hollow sphere structure show high selectivity (96.70%) and Faradaic efficiency (94.32%) for NH3 synthesis from NO3−. Detailed characterizations demonstrate that (1) Pd enables electron transfer (Pd 3d → Cu 3d) and causes the polarization of Cu 3d orbitals by forming partial PdCu alloys, which makes Pd electron deficient but offers empty orbits to adsorb NO3−, and (2) electron-rich Cu is more conducive to the occurrence of NO3− reduction. The mutual confirmation of online differential electrochemical mass spectrometry and density functional theory calculations demonstrates that PdCu alloys block the generation of ∗NOH intermediate and facilitate the formation of ∗N, providing a new mechanism for NH3 synthesis from NO3− reduction reactions.
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