Electrochemical nitrate reduction in acid enables high-efficiency ammonia synthesis and high-voltage pollutes-based fuel cells

硝酸盐 氨生产 化学 无机化学 电化学 联氨(抗抑郁剂) 电合成 催化作用 有机化学 电极 色谱法 物理化学
作者
Rong Zhang,Chuan Li,Huilin Cui,Yanbo Wang,Shaoce Zhang,Pei Li,Yue Hou,Ying Guo,Guojin Liang,Zhaodong Huang,Chao Peng,Chunyi Zhi
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:105
标识
DOI:10.1038/s41467-023-43897-6
摘要

Abstract Most current research is devoted to electrochemical nitrate reduction reaction for ammonia synthesis under alkaline/neutral media while the investigation of nitrate reduction under acidic conditions is rarely reported. In this work, we demonstrate the potential of TiO 2 nanosheet with intrinsically poor hydrogen-evolution activity for selective and rapid nitrate reduction to ammonia under acidic conditions. Hybridized with iron phthalocyanine, the resulting catalyst displays remarkably improved efficiency toward ammonia formation owing to the enhanced nitrate adsorption, suppressed hydrogen evolution and lowered energy barrier for the rate-determining step. Then, an alkaline-acid hybrid Zn-nitrate battery was developed with high open-circuit voltage of 1.99 V and power density of 91.4 mW cm –2 . Further, the environmental sulfur recovery can be powered by above hybrid battery and the hydrazine-nitrate fuel cell can be developed for simultaneously hydrazine/nitrate conversion and electricity generation. This work demonstrates the attractive potential of acidic nitrate reduction for ammonia electrosynthesis and broadens the field of energy conversion.
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