Heterostructuring 2D TiO2 nanosheets in situ grown on Ti3C2T MXene to improve the electrocatalytic nitrogen reduction

催化作用 电化学 材料科学 法拉第效率 原位 氧化还原 氮气 电解质 氨生产 电导率 电子转移 化学工程 纳米技术 无机化学 电极 化学 物理化学 冶金 光化学 有机化学 工程类
作者
Qian Xiu,Yanjiao Wei,Mengjie Sun,Ye Han,Xiaoli Zhang,Jian Tian,Minhua Shao
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [China Science Publishing & Media Ltd.]
卷期号:43 (7): 1937-1944 被引量:42
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(21)64020-2
摘要

In this study, TiO2 nanosheets (NSs) grown in situ on extremely conductive Ti3C2Tx MXene to form TiO2/Ti3C2Tx MXene composites with abundant active sites are proposed to effectively achieve electrocatalytic NH3 synthesis. Electron transfer can be promoted by Ti3C2Tx MXene with high conductivity. Meanwhile, the TiO2 NSs in-situ formation can not only avoid Ti3C2Tx MXene microstacking but also enhance the surface specific area of Ti3C2Tx MXene. The TiO2/Ti3C2Tx MXene catalyst reaches a high Faradaic efficiency (FE) of 44.68% at −0.75 V vs. RHE and a large NH3 yield of 44.17 µg h−1 mg−1cat. at −0.95 V, with strong electrochemical durability. 15N isotopic labeling experiments imply that the N in the produced NH3 originated from the N2 of the electrolyte. DFT calculations were conducted to determine the possible NRR reaction pathways for TiO2/Ti3C2Tx MXene composites. MXene catalysts combined with other materials have been rationally designed for efficient ammonia production under ambient conditions.
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