Efficient tandem electroreduction of nitrate into ammonia through coupling Cu single atoms with adjacent Co3O4

串联 吸附 催化作用 硝酸盐 电催化剂 材料科学 亚硝酸盐 电化学 化学 无机化学 物理化学 电极 有机化学 复合材料
作者
Yan Liu,Jie Wei,Zhengwu Yang,Lirong Zheng,Jiankang Zhao,Zhimin Song,Yuhan Zhou,Jiajie Cheng,Junyang Meng,Zhigang Geng,Jie Zeng
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41467-024-48035-4
摘要

Abstract The nitrate (NO 3 − ) electroreduction into ammonia (NH 3 ) represents a promising approach for sustainable NH 3 synthesis. However, the variation of adsorption configurations renders great difficulties in the simultaneous optimization of binding energy for the intermediates. Though the extensively reported Cu-based electrocatalysts benefit NO 3 − adsorption, one of the key issues lies in the accumulation of nitrite (NO 2 − ) due to its weak adsorption, resulting in the rapid deactivation of catalysts and sluggish kinetics of subsequent hydrogenation steps. Here we report a tandem electrocatalyst by combining Cu single atoms catalysts with adjacent Co 3 O 4 nanosheets to boost the electroreduction of NO 3 − to NH 3 . The obtained tandem catalyst exhibits a yield rate for NH 3 of 114.0 mg $${}_{{{{{{\rm{NH}}}}}}_3}$$ NH 3 h −1 cm −2 , which exceeds the previous values for the reported Cu-based catalysts. Mechanism investigations unveil that the combination of Co 3 O 4 regulates the adsorption configuration of NO 2 − and strengthens the binding with NO 2 − , thus accelerating the electroreduction of NO 3 − to NH 3 .
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