【解读】Sci. China Mater.：纳米氧化铜片用于高效电化学还原一氧化氮

科学温故社 · 公众号 · · 2024-05-08 17:12

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一氧化氮电还原反应将工业废气转化为有价值的氨，表现出极具潜力的应用前景。

近日， 中国科学院大连化学物理研究所汪国雄研究员 等人在 Science China Materials 发表研究论文，合成了具有高比表面积和丰富缺陷的氧化铜纳米片催化剂，实现了高活性和选择性的一氧化氮电还原性能。

本文要点

1) 所制备的氧化铜纳米片在流动池中氨法拉第效率达到 92.1% ，在 −0.2 V vs. RHE 时，一氧化氮电还原电流密度和氨的生产速率分别达到 1.1 A cm ⁻² 和 7356 μmol cm ⁻² h ⁻¹ 。在电流密度超过 400 mA cm ⁻² 时，氨法拉第效率在 50 小时保持在 80% 以上。

2) 准原位 X 射线光电子能谱和原位 X 射线吸收光谱结果表明氧化铜纳米片在一氧化氮电还原过程中被电化学还原成单质铜。

3) 与铜纳米颗粒相比，氧化铜纳米片展现出较高的电化学表面积和一氧化氮电还原的内在活性。

Figure 1. (a) XRD pattern, (b) TEM image, (c) HRTEM image and (d) STEM-EDS elemental maps of CuO nanosheet catalyst.

Figure 2. (a) Schematic illustration of the flow cell. (b) Potential-dependent FE and total geometrical current density. (c) Ammonia production rate over CuO nanosheets. (d) Stability test of NORR over CuO nanosheet catalyst at 0.19 V vs. RHE.

Figure 3. (a) In situ Cu K edge XANES spectra; (b) in situ Cu K edge EXAFS spectra of the CuO nanosheet catalyst in a flow cell; (c) quasi in situ Cu 2p XPS spectra; (d) quasi in situ Cu LMM XPS spectra over the Cu nanosheet catalyst before and after NORR.

Figure 4. (a) CVs of Pb underpotential deposition on Cu foil, Cu NPs and CuO nanosheets; (b) ECSA-corrected current density for ammonia on Cu NPs and CuO nanosheet catalysts.

文章信息

Jiaqi Shao, Pengfei Wei, Shuo Wang, Yanpeng Song, Yunfan Fu, Rongtan Li, Xiaomin Zhang, Guoxiong Wang, Xinhe Bao . Copper oxide nanosheets for efficient electrochemical reduction of nitric oxide . Sci. China Mater. (2024).

https://doi.org/10.1007/s40843-024-2830-5

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