Constructing Co@TiO2 Nanoarray Heterostructure with Schottky Contact for Selective Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia

材料科学 异质结 电催化剂 肖特基势垒 还原(数学) 硝酸盐 纳米技术 无机化学 光电子学 化学 电极 电化学 二极管 几何学 物理化学 有机化学 数学
作者
Xiaoya Fan,Donglin Zhao,Zhiqin Deng,Longcheng Zhang,Jun Li,Zerong Li,Shengjun Sun,Yongsong Luo,Dongdong Zheng,Yan Wang,Binwu Ying,Jing Zhang,Abdulmohsen Ali Alshehri,Yuxiao Lin,Chengwu Tang,Xuping Sun,Yinyuan Zheng
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (17) 被引量:100
标识
DOI:10.1002/smll.202208036
摘要

Electrochemical nitrate (NO3- ) reduction reaction (NO3- RR) is a potential sustainable route for large-scale ambient ammonia (NH3 ) synthesis and regulating the nitrogen cycle. However, as this reaction involves multi-electron transfer steps, it urgently needs efficient electrocatalysts on promoting NH3 selectivity. Herein, a rational design of Co nanoparticles anchored on TiO2 nanobelt array on titanium plate (Co@TiO2 /TP) is presented as a high-efficiency electrocatalyst for NO3- RR. Density theory calculations demonstrate that the constructed Schottky heterostructures coupling metallic Co with semiconductor TiO2 develop a built-in electric field, which can accelerate the rate determining step and facilitate NO3- adsorption, ensuring the selective conversion to NH3 . Expectantly, the Co@TiO2 /TP electrocatalyst attains an excellent Faradaic efficiency of 96.7% and a high NH3 yield of 800.0 µmol h-1 cm-2 under neutral solution. More importantly, Co@TiO2 /TP heterostructure catalyst also presents a remarkable stability in 50-h electrolysis test.
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