Insights into lattice oxygen and strains of oxide-derived copper for ammonia electrosynthesis from nitrate

电合成 氧气 硝酸盐 氨生产 氧化铜 化学 无机化学 材料科学 电化学 生物化学 有机化学 物理化学 电极
作者
Qinyue Wu,Xinfei Fan,Bing Shan,Qi Liang,Xie Quan,Yanming Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-58811-5
摘要

Electrocatalytic NO3- reduction (eNO3RR) is a sustainable method for purification of NO3- wastewater and NH3 recovery. Cu-based catalysts are promising for eNO3RR, but insufficient active hydrogen (*H) supply and *NO2 poison of active sites have hindered their performance, and the catalytic mechanism remains ambiguous. Here, we report oxide-derived copper nanosheet arrays (OD-Cu NSs) with residual lattice oxygen and lattice strains to enhance NH3 synthesis from eNO3RR. It is efficient for NH3 synthesis with high Faradaic efficiencies of 88.7-99.7% and maximum NH3 yield of 6.20 mmol·h-1·cm-2 at neutral solution, 10-140 mM NO3- and 50-1500 mA·cm-2. Experimental and theoretical results reveal that lattice oxygen regulates the electronic structure of OD-Cu NSs and promotes *NO2 conversion, while lattice strain enhances *H generation from water dissociation, resulting in the good performance for NH3 synthesis. The applicability of OD-Cu NSs is proved by the high recovery of ammonia compound from eNO3RR.
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