Boronization of Nickel Foam for Sustainable Electrochemical Reduction of Nitrate to Ammonia

材料科学 电化学 电极 催化作用 硝酸盐 无机化学 化学工程 吸附 铂金 冶金 化学 有机化学 物理化学 工程类
作者
Zhong‐Hua Xue,H.P. Shen,Peirong Chen,G. L. Pan,Weiwei Zhang,Weimeng Zhang,Shi‐Nan Zhang,Xin‐Hao Li,Cafer T. Yavuz
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (9): 3843-3851 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.3c01139
摘要

Electrochemical reduction of aqueous nitrates has emerged as a sustainable and practical approach in combining water treatment and ammonia fertilizer synthesis. However, the development of highly integrated catalytic electrodes with consistently high activity from non-noble metals remains a challenging issue despite the potential to greatly decrease costs and promote real-world applications. Here, we report a high-performance electrode with electron-abundant surfaces obtained from direct boronization of nickel foam, rendering a stable ammonia yield rate of 19.2 mg h–1 cm–2 with high Faradaic efficiency of 94% for NO3–-to-NH3 conversion. The microprocessing lowers the work function and initiates a local electric field for the nickel foam by converting acid-stable surface nickel oxides into dyadic nanosheets composed of metallic nickel and amorphous nickel borates, thus promoting the adsorption and transformation of nitrate anions. Furthermore, the spent electrode enables a rapid and effective regeneration by undergoing another round of boronization, which ensures a long lifetime for the practical application of our electrode design.
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