Cu/CuxO/Graphdiyne Tandem Catalyst for Efficient Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia

催化作用 串联 材料科学 电化学 电催化剂 还原(数学) 无机化学 硝酸盐 选择性催化还原 电极 化学 物理化学 有机化学 复合材料 数学 几何学
作者
Xueting Feng,Jiyuan Liu,Ya Kong,Zixuan Zhang,Zedong Zhang,Shuzhou Li,Lianming Tong,Xin Gao,Jin Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (44): e2405660-e2405660 被引量:88
标识
DOI:10.1002/adma.202405660
摘要

The electrocatalytic reduction reaction of nitrate (NO3 -) to ammonia (NH3) is a feasible way to achieve artificial nitrogen cycle. However, the low yield rate and poor selectivity toward NH3 product is a technical challenge. Here a graphdiyne (GDY)-based tandem catalyst featuring Cu/CuxO nanoparticles anchored to GDY support (termed Cu/CuxO/GDY) for efficient electrocatalytic NO3 - reduction is presented. A high NH3 yield rate of 25.4 mg h-1 mgcat. -1 (25.4 mg h-1 cm-2) with a Faradaic efficiency of 99.8% at an applied potential of -0.8 V versus RHE using the designed catalyst is achieved. These performance metrics outperform most reported NO3 - to NH3 catalysts in the alkaline media. Electrochemical measurements and density functional theory reveal that the NO3 - preferentially attacks Cu/CuxO, and the GDY can effectively catalyze the reduction of NO2 - to NH3. This work highlights the efficacy of GDY as a new class of tandem catalysts for the artificial nitrogen cycle and provides powerful guidelines for the design of tandem electrocatalysts.
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