Increasing electrocatalytic nitrate reduction activity by controlling adsorption through PtRu alloying

化学 电催化剂 硝酸盐 催化作用 无机化学 吸附 铂金 离解(化学) 电化学 过渡金属 氮气 物理化学 电极 有机化学
作者
Zixuan Wang,Samuel D. Young,Bryan R. Goldsmith,Nirala Singh
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier]
卷期号:395: 143-154 被引量:122
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2020.12.031
摘要

Nitrate produced from industrial and agricultural processes has imbalanced the global nitrogen cycle. Electrocatalytic reduction is a sustainable route to remediate nitrate while generating products such as ammonia or N2. Here we report the surface-area normalized activity of platinum-ruthenium (PtxRuy/C) catalysts of different compositions (x = 48–100%) for electrocatalytic nitrate reduction, chosen based on screening using a computational activity volcano plot. The PtxRuy/C alloys are more active than Pt/C, with Pt78Ru22/C six times more active than Pt/C at 0.1 V vs. RHE, and ammonia faradaic efficiencies of 93–98%. Density functional theory calculations predict maximum activity at 25 at% Ru, consistent with experiments. This maximum is due to a transition from nitrate dissociation as the rate determining step to a new rate-determining step at higher Ru content. This study demonstrates how electrocatalyst performance is tunable by changing the adsorption strength of reacting species through alloying.
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