Bimetallic atom synergistic covalent organic framework for efficient electrochemical nitrate reduction

电催化剂 共价有机骨架 电化学 化学 双金属片 无机化学 硝酸盐 齿合度 化学工程 材料科学 催化作用 共价键 电极 有机化学 金属 物理化学 工程类
作者
Min Teng,Junwei Yuan,Yixiang Li,Chun­yan Shi,Xu Zheng,Chunlan Ma,Liujun Yang,Cheng Zhang,Ju Gao,Yang Li
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:654: 348-355 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.10.041
摘要

Electrochemical reduction has emerged as an effective method to remove nitrate from industrial wastewater. Nevertheless, this method has been largely restricted by the lack of low-cost and efficient electrocatalysts. Here, we demonstrate a porous two-dimensional covalent organic framework (2D COF) material as a promising electrocatalyst, which is obtained via a Schiff base reaction by combining copper phthalocyanine with bipyridine sites for precise copper coordination. The bidentate coordinated COF material has a robust framework and stable chemical property, allowing the isolated Cu sites to be embedded into the regular pores with controlled and uniformly dispersed active centers. The well-defined design of the reaction monomers makes the COF material to trap nitrate ions more easily from aqueous solution. By rationally combining the synergistic effect of 2D COF and Cu active sites, the CuTAPc-CuBPy-COF electrocatalyst shows much higher nitrate reduction efficiency than CuTAPc-BPy-COF under low superpotential and different nitrate concentrations. The high NO3- conversion (90.3 %) and NH3 selectivity (69.6 %) are achieved. To our best acknowledge, this is the first demonstration of bi-copper-based COF material for NO3-RR electrocatalysis, which provides a new direction for the rational design of COFs as significant electrocatalysts for nitrate reduction.
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