Electrocatalytic Synthesis of Ammonia Using a 2D Ti3C2 MXene Loaded with Copper Nanoparticles

化学 法拉第效率 催化作用 电化学 价(化学) 氨生产 纳米颗粒 密度泛函理论 选择性 化学工程 氧化还原 无机化学 纳米技术 电极 物理化学 计算化学 材料科学 冶金 有机化学 工程类
作者
Anmin Liu,Xingyou Liang,Qiyue Yang,Xuefeng Ren,Mengfan Gao,Yanan Yang,Tingli Ma
出处
期刊:Collection of Czechoslovak Chemical Communications [Wiley]
卷期号:86 (1): 166-170 被引量:31
标识
DOI:10.1002/cplu.202000702
摘要

Abstract As an energy‐saving and environmentally friendly ammonia synthesis method, electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) has received a great deal of attention. There is thus an urgent need to find high‐efficiency electrocatalysts for the NRR. In this work, a Cu/Ti 3 C 2 composite catalyst was prepared and demonstrated excellent selectivity under environmental conditions, which could efficiently convert N 2 into NH 3 electrochemically. In 0.1 M KOH, Cu/Ti 3 C 2 can achieve a high Faradaic efficiency of 7.31 % and a high NH 3 production rate of 3.04 μmol h −1 cm −2 at −0.5 V vs . RHE. Moreover, the material also exhibits superior electrochemical stability and durability. At the same time, density functional theory (DFT) shows that, compared with Ti 3 C 2 , Cu/Ti 3 C 2 exhibits a wider conduction and valence band and a larger Fermi level, thus indicating that Cu plays a vital role in the enhancement of the catalytic activity and conductivity of Ti 3 C 2 ‐based materials. This work provides a feasible strategy for designing high‐efficiency MXene‐based NRR electrocatalysts.

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