Modulating Oxygen Vacancies of TiO2 Nanospheres by Mn-Doping to Boost Electrocatalytic N2 Reduction

兴奋剂 电催化剂 材料科学 还原(数学) 氧气 氧还原反应 化学工程 纳米技术 化学 氧还原 无机化学 电化学 电极 光电子学 物理化学 有机化学 工程类 数学 几何学
作者
Haijun Chen,Tongwei Wu,Xue Li,Siyu Lu,Fang Zhang,Yan Wang,Haitao Zhao,Qian Liu,Yonglan Luo,Abdullah M. Asiri,Zhe-sheng Feng,Yanning Zhang,Xuping Sun
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:9 (4): 1512-1517 被引量:58
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.0c09009
摘要

Electrochemical N2 reduction reaction (NRR) is an environmentally benign and sustainable approach for NH3 synthesis under ambient conditions, which needs efficient electrocatalyst to meet the enormous challenge of activating the inert N2 molecule. Recently, TiO2 emerges as an active NRR electrocatalyst with advantages of abundance, nontoxicity, and high thermal stability. Heteroatom doping is an effective oxygen vacancy introduction strategy to manufacture unique electron and structure properties of metal oxides, which will greatly influence the catalysts' activity. In this work, we developed Mn-doped TiO2 nanospheres (Mn-TiO2) for electrochemical NRR. In 0.1 M Na2SO4, Mn-TiO2 shows a large NH3 yield rate of 20.05 μg h–1 mgcat.–1 and a high Faradaic efficiency of 11.93%, which are much higher than undoped TiO2. The mechanism of performance improvement is uncovered by density functional theory calculations.

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