High‐Efficiency Electrochemical Nitrogen Fixation by Noble‐Metal‐Free Metallic Glasses

材料科学 贵金属 电化学 金属 氮气 纳米技术 冶金 电极 物理化学 有机化学 化学
作者
Xue Chen,Xin‐Jie Peng,Dongdong Xiao,Yitao Sun,Kailing Zhou,Xiaoyong Yang,Yong‐Zheng Zhang,Weihua Wang,Zhen Lu,Hai‐Yang Bai
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (4) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adfm.202503400
摘要

Abstract The electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) represents an energy‐efficient alternative to the traditional Haber‐Bosch process for industrial ammonia synthesis. However, the cleavage of the strong N≡N bond hinders the practical application of NRR. Herein, an innovative design strategy is proposed based on a Fe 76 Si 8 B 13 Nb 3 metallic glass (MG‐FeSiBNb) catalyst, featuring a unique amorphous structure with endogenous nanoscale compositional heterogeneity. This catalyst achieves an impressive ammonia yield rate of 92.1 µg h −1 mg −1 cat. in 0.1 m Na 2 SO 4 solution, surpassing most state‐of‐the‐art NRR electrocatalysts. Extended X‐ray absorption fine structure analysis reveals that MG‐FeSiBNb provides abundant unsaturated coordination sites, essential for effective N 2 adsorption. Furthermore, electronic structural characterizations and density functional theory calculations demonstrate that the incorporation of Si, B, and Nb atoms into the Fe‐based matrix precisely tailors the local electronic environment, effectively shifting the Fe d‐band center toward the Fermi level. This electronic modulation enhances electron transfer efficiency, thus promoting the hydrogenation of * NH 2 to * NH 3 . Additionally, the amorphous nature of MG‐FeSiBNb suppresses hydrogen adsorption by eliminating well‐defined crystal facets, thereby selectively mitigating the hydrogen evolution reaction and enhancing NRR selectivity. This work offers not only a high‐performing NRR catalyst but also a generalizable strategy for sustainable electrocatalysis beyond conventional crystalline systems.
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