A Self‐Recycling Ruthenium Incorporated CuFe 2 O 4 Electrocatalyst for Efficient Neutral Ammonia Electrosynthesis

电催化剂 碱度 选择性 钌 电化学 法拉第效率 离解(化学) 材料科学 无机化学 电解质 吸附 氨生产 电合成 氨 催化作用 化学工程 电极 化学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Yuning Wang,Wenyu Zhang,Yang Yang,Jinmeng Tong,Zhibo Liu,Tao Gan,Ali Han,Gang Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (39): e2507277-e2507277 被引量:32
标识
DOI:10.1002/adma.202507277
摘要

Abstract The high performance of Fe‐based electrocatalyst for electrochemical nitrate reduction reaction to ammonia (eNO 3 − RR‐to‐NH 3 ) is currently constrained by low NH 3 selectivity and insufficient stability under high current density. Hence, the incorporation of ruthenium single‐atom into the CuFe 2 O 4 (Ru SA ‐CuFe 2 O 4 ) with self‐recycling property is developed. The Cu and Ru sites synergistically promote the water dissociation and facilitate the redeposition of in situ adsorbed Fe 2+ (Fe 2+ ad ) as α‐FeOOH by self‐reinforcing local alkalinity at the Ru SA ‐CuFe 2 O 4 surface, thereby achieving high activity and robust stability for eNO 3 − RR‐to‐NH 3 process. The optimized Ru SA ‐CuFe 2 O 4 delivers excellent performance with a 97.9% NH 3 Faradaic efficiency and 99.8% NH 3 selectivity at −0.59 V versus RHE in neutral electrolyte. Remarkably, in a membrane electrode assembly (MEA) system, it achieves a large current density of 1000 mA cm −2 at 2.5 V with robust stability, accompanied by >95% NH 3 selectivity, a nitrate removal rate of 4.17 mmol h −1 cm −2 , and an NH 3 production rate of 3.97 mmol h −1 cm −2 . Theoretical calculations have demonstrated that Ru site in the Ru SA ‐CuFe 2 O 4 significantly enhances NO 3 − adsorption and lowers the energy barrier for the potential determining step (*HNO 2 → *NO). This work offers valuable insights into designing autonomous local alkalinity microenvironments with self‐recycling properties on cost‐effective Cu/Fe oxides.
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