调节添加碳的Cu原子分散,以促进强酸性介质中的电催化酸盐减少
Ping Zhang1, Xinyue Shi1, Zhiwei Hu2
1Shanghai Key Laboratory for R&D and Application of Metallic Functional Materials, Institute of New Energy for Vehicles, School of Materials Science and Engineering, Tongji University, Shanghai, China.
在酸性条件下通过酸还原反应 (NO3RR) 开发有效的催化剂生产氨非常重要. 本研究介绍了基于Cu的催化剂与协同作用的单个原子和纳米粒子,实现高氨效率和产量.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 通过酸盐还原反应 (NO3RR) 生产氨 (NH3) 在经济上是有价值的,但由于催化剂的不稳定性和酸性环境中的竞争反应而受到阻碍.
- 复杂的NO3RR过程,演化反应 (HER) 和腐蚀条件需要先进的催化材料.
研究的目的:
- 为酸性NO3RR开发稳定高效的基于铜的催化剂.
- 研究铜原子分散 (单个原子到纳米粒子) 对催化性能的影响.
主要方法:
- 通过调整热解温度,在受控的Cu分散度的N-化碳上合成基于Cu的催化剂.
- 在强酸性条件下对NO3RR催化剂的电化学评估.
- 在现场表征和理论计算以阐明反应机制.
主要成果:
- 一个由单个Cu原子和纳米粒子组成的催化剂展示了最佳的电催化性能.
- 最大NH3法拉第效率为98.6%和NH3产量为11.8毫克h-1cm-2在-0.3V (相对于RHE) 实现.
- 单个原子和纳米粒子之间的协同作用促进了中继催化,优化了中间吸附,并抑制了HER.
结论:
- 单个Cu原子和纳米颗粒的共存有效地提高了酸性NO3RR的性能.
- 这种协同效应降低了反应能量屏障,并抑制了竞争中的 HER.
- 这些发现为设计用于酸性NO3RR的先进电催化剂提供了宝贵的参考.
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