Reverse hydrogen spillover accelerates electrocatalytic nitrate reduction to ammonia on Ru/WO3-x in acidic media

硝酸盐 化学 氢溢流 无机化学 催化作用 氨生产 法拉第效率 氨硼烷 电催化剂 溢出效应 吸附 废水 电化学 选择性催化还原 可逆氢电极 化学工程 腐蚀
作者
Weijie Zhu,Yu-Chang Lin,Jianlong Cong,Mengting Zhao,Jiahao Li,Cong Hao,Jun Jia,Xinlu Wang,Yunhui Huang,Yan-Gu Lin,Gang Yang,Fen Yao,Hanfeng Liang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41467-026-69335-x
摘要

The electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO3-RR) offers a promising route to sustainable ammonia synthesis, potentially replacing the energy-intensive Haber-Bosch process. While often studied in neutral or alkaline media, NO3-RR in acidic conditions is particularly relevant due to widespread industrial acidic nitrate wastewater, yet it remains challenging due to corrosion and dominant hydrogen evolution. To address this, we designed a corrosion-resistant Ru/WO3-x heterostructure that spatially separates proton and nitrate adsorption sites. Here, we show that a reverse hydrogen spillover effect, where the WO3-x support stores and transports protons to surface Ru active sites, dramatically enhances hydrogenation kinetics and suppresses parasitic hydrogen evolution. This catalyst achieves an ammonia Faradaic efficiency of 94.09% at a high current density of 500 mA cm−2 and a working potential of 0.026 V vs. reversible hydrogen electrode. Furthermore, we demonstrate a sulfide-nitrate “batterolyzer” with a discharge power density of 43.4 mW cm−2. This work reveals an effective proton-management strategy for efficient acidic NO3-RR, advancing its potential for coupled ammonia synthesis and wastewater treatment. Electrocatalytic nitrate reduction in acidic wastewater offers a route to produce ammonia, but faces efficiency challenges. Here, the authors report a Ru/WO3-x catalyst that uses a proton-management strategy to achieve high ammonia production and enables a device that recovers energy.
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