Unveiling selective nitrate reduction to ammonia with Co3O4 nanosheets/TiO2 nanobelt heterostructure catalyst

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作者
Xiaoya Fan,Chaoqun Ma,Donglin Zhao,Zhiqin Deng,Longcheng Zhang,Yan Wang,Yongsong Luo,Dongdong Zheng,Tingshuai Li,Jing Zhang,Shengjun Sun,Qipeng Lu,Xuping Sun
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:630: 714-720 被引量:61
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.10.050
摘要

Electrochemical nitrate (NO3−) reduction reaction (NO3RR) possesses two-pronged properties for sustainable ammonia (NH3) synthesis and mitigating NO3− contamination in water. However, the sluggish kinetics for the direct eight-electron NO3−-to-NH3 conversion makes a formidable challenge to develop efficient electrocatalysts. Herein, we report a heterostructure of Co3O4 nanosheets decorated TiO2 nanobelt array on titanium plate (Co3O4@TiO2/TP) as an efficient NO3RR electrocatalyst. Both experimental and density theory calculations reveal that the heterostructure of Co3O4@TiO2 establishes a built-in electric field which can optimize the electron migration kinetics, as well as facilitate the adsorption and fixation of NO3− on the electrode surface, ensuring the selectivity to NH3. As expected, the designed Co3O4@TiO2/TP exhibits a remarkable Faradaic efficiency of 93.1 % and a remarkable NH3 yield as high as 875 μmol h−1 cm−2, superior to Co3O4/TP and TiO2/TP. Significantly, it also demonstrates strong electrochemical durability.
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