Crystalline‐Amorphous Heterostructures with Built‐In Electric Fields Enhance the Tandem Electroreduction of Nitrate to Ammonia

材料科学 催化作用 串联 氨生产 异质结 法拉第效率 硝酸盐 除氧 电场 电子转移 再分配(选举) 吸附 电化学 无机化学 过电位 化学工程 可持续能源 产量(工程) 电池(电) 选择性催化还原 光化学 电极 动力学
作者
Yaling Chen,Xiang Liu,Yiran Li,Jianjun Li,Mengyang Fan,Song Shu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (18) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adfm.202521409
摘要

Abstract Electrochemical nitrate reduction to ammonia (NO 3 − RR) presents dual opportunities for sustainable ammonia synthesis and environmental nitrate remediation. However, the catalytic efficiency of the NO 3 − RR is hindered by the slow kinetics and substantial side reactions. Herein, a crystal‐amorphous (c‐a) heterostructure catalyst, c‐Co 3 O 4 /a‐CuO is reported, that delivers an NH 3 yield rate of 412.5 µmol h −1 mg −1 and a Faradaic efficiency of 90% at−0.8 V RHE in neutral electrolyte. Specifically, the catalyst operates via a tandem catalysis pathway: a‐CuO facilitates the initial adsorption and deoxygenation of NO 3 − to promote * NO 2 formation, while the resulting * NO 2 species are subsequently converted to NH 3 at the c‐Co 3 O 4 sites. Structural and spectroscopic analyses further reveal that the c‐a interface induces charge redistribution and built‐in electric fields, accelerating electron transfer and lowering the energy barrier of the rate‐determining step. Moreover, integration of the c‐Co 3 O 4 /a‐CuO into a Zn‐NO 3 − battery demonstrates simultaneous environmental remediation, energy storage, and sustainable NH 3 synthesis.
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