Tandem Active Sites in Cu/Mo‐WO3 Electrocatalysts for Efficient Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia

材料科学 串联 催化作用 离解(化学) 无机化学 掺杂剂 氨生产 电催化剂 法拉第效率 电化学 兴奋剂 电极 有机化学 化学 物理化学 复合材料 光电子学
作者
Ying Dai,Shuangjun Li,Xue Li,Kaihong Liu,Yanna Guo,Hexing Li,Bo Jiang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (20) 被引量:50
标识
DOI:10.1002/adfm.202420282
摘要

Abstract Electrocatalytic NO 3 − reduction to NH 3 is a promising technique for both ammonia synthesis and nitrate wastewater treatment. However, this conversion involves tandem processes of H 2 O dissociation and NO 3 − hydrogenation, leading to inferior NH 3 Faraday efficiency (FE) and yield rate. Herein, a tandem catalyst by anchoring atomically dispersed Cu species on Mo‐doped WO 3 (Cu 5 /Mo 0.6 ‐WO 3 ) for the NO 3 RR is constructed, which achieves a superior FE N H 3 of 98.6% and a yield rate of 26.25 mg h −1 mg cat −1 at −0.7 V (vs RHE) in alkaline media, greatly exceeding the performance of Mo 0.6 ‐WO 3 and Cu 5 /WO 3 counterparts. Systematic electrochemical measurement results reveal that the promoted activation of NO 3 − on Cu sites, accompanying accelerated water dissociation producing active hydrogens on Mo sites, are responsible for this superior performance. In situ infrared spectroscopy and theoretical calculation further demonstrate that atomically dispersed Cu sites accelerate the conversion of NO 3 − to NO 2 − , and the Mo dopant activates adjacent Cu sites, resulting in the decreased energy barrier of * NO 2 to * NO and the stepwise hydrogenation processes, making the synthesis of NH 3 thermodynamically favorable. This work demonstrates the critical role of tandem active sites at atomic level in enhancing the electrocatalytic NO 3 − reduction to NH 3 , paving a feasible avenue for developing high‐performance electrocatalysts.
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