Accelerating Industrial‐Level NO3− Electroreduction to Ammonia on Cu Grain Boundary Sites via Heteroatom Doping Strategy

可逆氢电极 催化作用 材料科学 电化学 杂原子 法拉第效率 无机化学 密度泛函理论 兴奋剂 电极 化学 物理化学 工作电极 光电子学 有机化学 计算化学 戒指(化学)
作者
Yan Wang,Shuai Xia,Rui Cai,Jianfang Zhang,Jiarui Wang,Cuiping Yu,Jiewu Cui,Yong Zhang,Jingjie Wu,Shize Yang,Hark Hoe Tan,Yucheng Wu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (26) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/smll.202302295
摘要

Abstract Although the electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO 3 − RR) is an attractive NH 3 synthesis route, it suffers from low yield due to the lack of efficient catalysts. Here, this work reports a novel grain boundary (GB)‐rich Sn‐Cu catalyst, derived from in situ electroreduction of Sn‐doped CuO nanoflower, for effectively electrochemical converting NO 3 − to NH 3 . The optimized Sn 1% ‐Cu electrode achieves a high NH 3 yield rate of 1.98 mmol h −1 cm −2 with an industrial‐level current density of −425 mA cm −2 at −0.55 V versus a reversible hydrogen electrode (RHE) and a maximum Faradaic efficiency of 98.2% at −0.51 V versus RHE, outperforming the pure Cu electrode. In situ Raman and attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopies reveal the reaction pathway of NO 3 − RR to NH 3 by monitoring the adsorption property of reaction intermediates. Density functional theory calculations clarify that the high‐density GB active sites and the competitive hydrogen evolution reaction (HER) suppression induced by Sn doping synergistically promote highly active and selective NH 3 synthesis from NO 3 − RR. This work paves an avenue for efficient NH 3 synthesis over Cu catalyst by in situ reconstruction of GB sites with heteroatom doping.
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