journal article·2025

Mechanistic insights and rational catalyst design in NO x electroreduction

Xue-Chun Jiang, Jian-Wen Zhao, Jin-Xun Liu

Nanoscale· Volume 17· Issue 26
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Abstract

The electrocatalytic reduction of nitrogen oxides (NOx), particularly nitrate (NO3-), nitrite (NO2-) and nitrogen oxide (NO), to ammonia (NH3) represents a sustainable strategy for nitrogen cycle management and pollution mitigation. However, optimizing the efficiency and selectivity for NH3 production remains challenging because of competing side reactions, complex reaction networks, and the need for precise control over intermediate species. This review provides a comprehensive overview of recent theoretical advancements in the NOx electroreduction reaction (NOxRR), emphasizing mechanistic insights into reaction pathways, key intermediates, and activity-determining descriptors. We highlight the role of computational modeling, from density functional theory (DFT) studies and microkinetic simulations to machine learning-driven approaches, in elucidating active sites, guiding rational catalyst design, and accelerating material discovery. Special attention is given to the emerging synergy between theory and experiment, which bridges idealized models and realistic electrochemical conditions, thereby enabling data-driven catalyst discovery and mechanism-guided design. Finally, we outline the remaining challenges and future directions, emphasizing innovations in computational techniques and scalable catalyst development for sustainable ammonia synthesis and nitrogen waste reduction.
Source: europepmc · Quality: candidate unverified · Source record ↗

Research context

OpenAlex topics: Ammonia Synthesis and Nitrogen Reduction · Catalytic Processes in Materials Science · Caching and Content Delivery

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

State Key Laboratory of Precision and Intelligent Chemistry, School of Chemistry and Materials Science, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China

Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei 230088, China

Funding

Chinese Academy of Sciences · National Natural Science Foundation of China · Key Technologies Research and Development Program

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