Electrical‐Driven Directed‐Evolution of Copper Nanowires Catalysts for Efficient Nitrate Reduction to Ammonia

催化作用 材料科学 吸附 产量(工程) 磷酸盐 电解 化学工程 无机化学 化学 冶金 有机化学 物理化学 电极 电解质 工程类
作者
Wenjie Luo,Zeyi Guo,Ling Ye,Shilu Wu,Yingyang Jiang,Peng Xu,Hui Wang,Jinjie Qian,Xuemei Zhou,Hao Tang,Yongjie Ge,Jia Guan,Zhi Yang,Huagui Nie
出处
期刊:Small [Wiley]
被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202311336
摘要

Abstract The electrocatalytic conversion of nitrate (NO 3 − ) to NH 3 (NO 3 RR) at ambient conditions offers a promising alternative to the Haber–Bosch process. The pivotal factors in optimizing the proficient conversion of NO 3 − into NH 3 include enhancing the adsorption capabilities of the intermediates on the catalyst surface and expediting the hydrogenation steps. Herein, the Cu/Cu 2 O/Pi NWs catalyst is designed based on the directed‐evolution strategy to achieve an efficient reduction of NO 3 ‾. Benefiting from the synergistic effect of the O V ‐enriched Cu 2 O phase developed during the directed‐evolution process and the pristine Cu phase, the catalyst exhibits improved adsorption performance for diverse NO 3 RR intermediates. Additionally, the phosphate group anchored on the catalyst's surface during the directed‐evolution process facilitates water electrolysis, thereby generating H ads on the catalyst surface and promoting the hydrogenation step of NO 3 RR. As a result, the Cu/Cu 2 O/Pi NWs catalyst shows an excellent FE for NH 3 (96.6%) and super‐high NH 3 yield rate of 1.2 mol h −1 g cat. −1 in 1 m KOH and 0.1 m KNO 3 solution at −0.5 V versus RHE. Moreover, the catalyst's stability is enhanced by the stabilizing influence of the phosphate group on the Cu 2 O phase. This work highlights the promise of a directed‐evolution approach in designing catalysts for NO 3 RR.
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