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天大張兵/于一夫ACS Catal.: 一“Ru”二鳥(niǎo),Ru摻雜的Pd納米顆粒用于氮電氧化制硝酸鹽

天大張兵/于一夫ACS Catal.: 一“Ru”二鳥(niǎo),Ru摻雜的Pd納米顆粒用于氮電氧化制硝酸鹽
催化氮氧化為硝酸鹽是傳統(tǒng)硝酸鹽合成工業(yè)的一種有前景的替代方案,但其伴隨著巨大的能源消耗和溫室氣體排放等缺點(diǎn)。并且破壞氮?dú)庵械腘≡N三鍵(941 kJ mol-1)仍然具有挑戰(zhàn)性,因此,開(kāi)發(fā)具有既定反應(yīng)途徑的高效電催化劑非常重要。
近日,天津大學(xué)張兵、于一夫等制備了一系列Ru摻雜的Pd材料,該材料具有優(yōu)異的電催化氮氧化性能。
天大張兵/于一夫ACS Catal.: 一“Ru”二鳥(niǎo),Ru摻雜的Pd納米顆粒用于氮電氧化制硝酸鹽
天大張兵/于一夫ACS Catal.: 一“Ru”二鳥(niǎo),Ru摻雜的Pd納米顆粒用于氮電氧化制硝酸鹽
試驗(yàn)結(jié)果表明,優(yōu)化后的Pd0.9Ru0.1(77.7 μmol gcat-1 h-1)在電催化氮氧化成硝酸鹽方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能,大大優(yōu)于純Pd(43.1 μmol gcat-1 h-1)和Ru(0 μmol gcat-1 h-1)樣品。
15N同位素標(biāo)記結(jié)果表明,所得硝酸鹽全部來(lái)自N2電氧化。電化學(xué)原位拉曼光譜揭示氮電氧化的活性物種在于在Pd0.9Ru0.1和Pd表面原位形成的Pd0.9Ru0.1O2和PdO2。
天大張兵/于一夫ACS Catal.: 一“Ru”二鳥(niǎo),Ru摻雜的Pd納米顆粒用于氮電氧化制硝酸鹽
原位FTIR、差分電化學(xué)質(zhì)譜(DEMS)和DFT計(jì)算清楚地揭示了氮電氧化的反應(yīng)途徑。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和密度泛函理論(DFT)計(jì)算,研究人員證明Ru摻雜增加了PdIV活性物種的數(shù)量并降低了電位限制能壘,從而提高了氮氧化的電催化性能。
Ru-Doped Pd Nanoparticles for Nitrogen Electrooxidation to Nitrate. ACS Catalysis, 2021. DOI: 10.1021/acscatal.1c04360

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