Rationally designed oxygen vacant TiO2 decorated with covalent organic framework for enhanced electrocatalytic nitrogen reduction to ammonia

共价有机骨架 氧气 吸附 化学 法拉第效率 电化学 催化作用 共价键 纳米颗粒 无机化学 氧化还原 氮气 析氧 电子转移 化学工程 光化学 材料科学 纳米技术 有机化学 电极 物理化学 工程类
作者
Biswajit Mishra,Swayamprakash Biswal,Mohd. Ussama,M. Ali Haider,Bijay P. Tripathi
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:342: 123395-123395 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123395
摘要

This study focuses on the rational design of uniformly distributed oxygen vacant TiO2−x nanoparticles supported on an anthraquinone-based covalent organic framework (TiO2−x@COF-Aq), aiming to address the challenges of Haber-Bosch process. The N-philic nature of Ti and the presence of abundant oxygen vacant sites on the TiO2−x@COF-Aq promote the adsorption of nitrogen, facilitating the electrocatalytic NRR process. The theoretical study reveals that TiO2−x@COF-Aq suppresses the H+ adsorption, facilitates oxygen vacancy formation and favors the N2 adsorption at oxygen vacant sites. The synthesized nanocatalyst exhibits many folds higher electrochemical NRR activity than bulk oxygen vacant TiO2−x with an ammonia yield of ∼30 μg mg-1 h–1 and ∼16% Faradaic efficiency. Long term stability study manifests the robustness and industrial significance of the catalyst. The overall synergism between the stabilized nanoparticle and functionalized COF has established the fundamental understanding of the proton coupled electron transfer for N2 fixation through experiments and theoretical findings.
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