Theory-guided construction of Cu-O-Ti-Ov active sites on Cu/TiO2 catalysts for efficient electrocatalytic nitrate reduction

催化作用 密度泛函理论 硝酸盐 浸出(土壤学) 吸附 无机化学 氨生产 电子转移 化学 材料科学 光化学 计算化学 有机化学 物理化学 土壤水分 土壤科学 环境科学
作者
Yifei Nie,Hongping Yan,Suwei Lu,Hongwei Zhang,Tingting Qi,Shijing Liang,Lilong Jiang
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:59: 293-302 被引量:18
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(23)64618-2
摘要

Electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO3RR) has been capturing immense interest in the industrial application of ammonia synthesis, and it involves complex reaction routes accompanied by multi-electron transfer, thus causing a challenge to achieve high efficiency for catalysts. Herein, we customized the Cu-O-Ti-Ov (oxygen vacancy) structure on the Cu/TiO2 catalyst, identified through density functional theory (DFT) calculations as the synergic active site for NO3RR. It is found that Cu-O-Ti-Ov site facilitates the adsorption/association of NOx– and promotes the hydrogenation of NO3– to NH3 via adsorbed *H species. This effectively suppresses the competing hydrogen evolution reaction (HER) and exhibits a lower reaction energy barrier for NO3RR, with the reaction pathways: NO3* → NO2* → HONO* → NO* → *NOH → *N → *NH → *NH2 → *NH3 → NH3. The optimized Cu/TiO2 catalyst with rich Cu-O-Ti-Ov sites achieves an NH3 yield rate of 3046.5 μg h–1 mgcat–1 at –1.0 V vs. RHE, outperforming most of the reported activities. Furthermore, the construction of Cu-O-Ti-Ov sites significantly mitigates the leaching of Cu species, enhancing the stability of the Cu/TiO2 catalyst. Additionally, a mechanistic study, using in situ characterizations and various comparative experiments, further confirms the strong synergy between Cu, Ti, and Ov sites, which is consistent with previous DFT calculations. This study provides a new strategy for designing efficient and stable electrocatalysts in the field of ammonia synthesis.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
大模型应助小菜采纳,获得10
1秒前
1秒前
在水一方应助Wesley采纳,获得10
1秒前
111发布了新的文献求助10
1秒前
科研通AI6.2应助苹果亦巧采纳,获得10
2秒前
2秒前
田様应助HongJiang采纳,获得10
2秒前
烟花应助incloud采纳,获得10
3秒前
小马甲应助鲁滨逊采纳,获得10
3秒前
徐啊徐发布了新的文献求助10
4秒前
666完成签到 ,获得积分10
5秒前
123关闭了123文献求助
5秒前
6秒前
6秒前
用户7780963发布了新的文献求助10
6秒前
Loki完成签到,获得积分20
7秒前
灰色与青完成签到,获得积分10
8秒前
Joshua完成签到,获得积分10
9秒前
酷波er应助帅气的唇彩采纳,获得10
9秒前
10秒前
aguyihee完成签到,获得积分20
10秒前
10秒前
11秒前
11秒前
11秒前
11秒前
田様应助bdJ采纳,获得10
11秒前
12秒前
洁净安寒发布了新的文献求助10
13秒前
tiffany完成签到,获得积分10
14秒前
15秒前
林夏完成签到,获得积分10
15秒前
Nil完成签到,获得积分10
15秒前
15秒前
Wentworth完成签到,获得积分10
15秒前
lai发布了新的文献求助10
16秒前
incloud发布了新的文献求助10
16秒前
16秒前
上官若男应助炙热小刺猬采纳,获得10
17秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
晶种分解过程与铝酸钠溶液混合强度关系的探讨 8888
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 2000
Leading Academic-Practice Partnerships in Nursing and Healthcare: A Paradigm for Change 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
The Sage Handbook of Digital Labour 600
汪玉姣:《金钱与血脉:泰国侨批商业帝国的百年激荡(1850年代-1990年代)》(2025) 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6416696
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8235877
关于积分的说明 17493396
捐赠科研通 5469603
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2889578
邀请新用户注册赠送积分活动 1866568
关于科研通互助平台的介绍 1703745