Theoretical Insights into the Mechanism of Selective Nitrate‐to‐Ammonia Electroreduction on Single‐Atom Catalysts

催化作用 材料科学 硝酸盐 过渡金属 Atom(片上系统) 密度泛函理论 选择性 无机化学 化学 碳纤维 金属 氨生产 组合化学 电化学 计算化学 物理化学 有机化学 复合数 电极 冶金 计算机科学 嵌入式系统 复合材料
作者
Huan Niu,Zhaofu Zhang,Xiting Wang,Xuhao Wan,Chen Shao,Yuzheng Guo
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (11) 被引量:330
标识
DOI:10.1002/adfm.202008533
摘要

Abstract Selective nitrate‐to‐ammonia electrochemical conversion is an efficient pathway to solve the pollution of nitrate and an attractive strategy for low‐temperature ammonia synthesis. However, current studies for nitrate electroreduction (NO 3 RR) mainly focus on metal‐based catalysts, which remains challenging because of the poor understanding of the catalytic mechanism. Herein, taking single transition metal atom supported on graphitic carbon nitrides (g‐CN) as an example, the NO 3 RR feasibility of single‐atom catalysts (SACs) is first demonstrated by using density functional theory calculations. The results reveal that highly efficient NO 3 RR toward NH 3 can be achieved on Ti/g‐CN and Zr/g‐CN with low limiting potentials of −0.39 and −0.41 V, respectively. Furthermore, the considerable energy barriers are observed during the formation of byproducts NO 2 , NO, N 2 O, and N 2 on Ti/g‐CN and Zr/g‐CN, guaranteeing their high selectivity. This work provides a new route for the application of SACs and paves the way to the development of NO 3 RR.
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