Regulating surface oxygen species on copper (I) oxides via plasma treatment for effective reduction of nitrate to ammonia

电化学 化学 吸附 无机化学 硝酸盐 选择性 漫反射红外傅里叶变换 光谱学 傅里叶变换红外光谱 吸收(声学) 氧气 材料科学 化学工程 电极 催化作用 物理化学 有机化学 工程类 复合材料 物理 光催化 量子力学
作者
Zhiheng Gong,Wei‐Ping Zhong,Zuyun He,Qiuyu Liu,Haijun Chen,Deng Zhou,Nian Zhang,Xiongwu Kang,Yan Chen
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:305: 121021-121021 被引量:139
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2021.121021
摘要

Electrochemical nitrate reduction (NO3-RR) to synthesize ammonia is considered to be a promising strategy to enable artificial nitrogen cycle. Great efforts have been devoted to improving the efficiency and selectivity of the electrocatalysts for NO3-RR. Herein, we demonstrate that tuning the oxygen chemical environment via Ar plasma treatment is an effective approach to improve the NO3-RR activity of Cu2O. Combining synchrotron-based X-ray absorption spectroscopy and other advanced spectroscopy techniques, we find that plasma treatment can effectively promote the formation of oxygen vacancies and hydroxyl groups on Cu2O surface. In-situ diffuse-reflectance infrared Fourier transform spectroscopy and density functional theory calculation further reveal that oxygen vacancies and hydroxyl groups facilitate the adsorption of nitrate and proton transfer on the Cu2O surface, thus leading to improved ammonia selectivity. Our results clarify the critical role of surface oxygen species for NO3-RR and can guide the design of other electrocatalysts via surface engineering.
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