​天大JACS:Cu@Cu/C NWAs助力低浓度NORR!

  • A+
电化学NO还原反应(NORR)是一种很有前途的氮循环调控和氨合成方法。由于NO源浓度较低,且NO在溶液中的溶解度较差,传质限制是一个严重且易被忽视的问题。


基于此,天津大学张兵教授、于一夫教授和王雨婷副教授等人报道了在Cu纳米线阵列上生长的多孔碳负载超细Cu团簇(记为Cu@Cu/C NWAs),用于低浓度NORR。在-0.1 V条件下,Cu@Cu/C NWAs具有较高的法拉第效率(93.0%)和氨产率(1180.5 μg h-1 cm-2),远远优于Cu NWAs和其他报道的类似条件下的性能。
1
VASP解读
通过DFT计算,作者研究了了NO分子在溶液中的迁移路径。Cu NWAs受水的氢键网络影响,NO分子需要通过水分子之间的间隙迁移,导致扩散模式困难而曲折。在Cu@Cu/C NWAs的情况下,NO分子可被吸引并聚集在多孔碳基体周围,从而导致在固-液界面上无阻碍的直线迁移路径。NO在Cu NWAs上扩散所需的最大Ea为0.63 eV,而Cu@Cu/C NWAs的多孔碳结构只需要克服0.31 eV这表明改善了NO传质动力学。
2
由于多孔碳的富集引起了高效的NO传质过程,Cu表面的有效NO浓度明显增加,随后的NORR增大。两种样品在大约140 °C和300-500 °C处都有两个特征峰,分别属于NO的物理吸附和化学吸附。
结果表明,Cu@Cu/C NWAs对NO的吸附更充分。同时,Cu@Cu/C NWAs上反映的较高NO覆盖率也可抑制H-H的易偶联,特别是对于低浓度的NORR。
8
Carbon Support Enhanced Mass Transfer and Metal-Support Interaction Promoted Activation for Low-Concentrated Nitric Oxide Electroreduction to Ammonia. J. Am. Chem. Soc., 2024, DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.4c00898.


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0