Identifying the active site of Cu/Cu2O for electrocatalytic nitrate reduction reaction to ammonia

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Costa, Gabriel F. ; Winkler, Manuel ; Mariano, Thiago ; Pinto, Maria R. ; Messias, Igor ; Souza, Joao B. ; Neckel, Itamar T. ; Santos, Maria F. C. ; Tormena, Claudio F. ; Singh, Nirala ; Nagao, Raphael

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: CHEM CATALYSIS; v. 4, n. 1, p. 19-pg., 2024-01-18.

Resumo

Copper oxide -derived electrocatalysts are reported to have high activity and selectivity for nitrate electrochemical reduction reaction (NO3RR) to ammonia. However, the cause underlying their enhanced NH3 formation remains unclear. We measure the NO3RR activity of differently pre -reduced Cu/Cu2O catalysts and compare them to metallic Cu to identify the active site for NO3RR to ammonia in sodium sulfate electrolyte. Using unbuffered electrolyte, catalyst kinetic performance is similar to the alkaline one (pH 12) due to pH increases during NO3RR. Higher pH values improve catalyst performance for NO3RR to NH3 compared to electrolyte buffered at pH 5.8. Using in situ spectroscopies, we detect that Cu2O reduces at - 0.6 V vs. standard hydrogen electrode (SHE) and detect hydroxylamine, a NO3RR intermediate, from -0.7 V to -1.0 V vs. SHE. We propose that oxygen vacancies promote NO3RR to ammonia from - 0.6 to -0.77 V vs. SHE, while copper is the active site at -1.1 V vs. SHE. (AU)

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• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
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• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 22/14169-6 - Síntese eletrocatalítica de amônia via redução de nitrato: o papel do cobre e seus óxidos como catalisadores eficientes
• Beneficiário: Raphael Nagao de Sousa
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 22/01799-1 - Eletrossíntese de amônia a partir da redução de nitrato: um estudo com células de fluxo e espectroscopia Raman in situ
• Beneficiário: Gabriel Floriano Costa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 17/11986-5 - Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país
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• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia