Self‐Supported Catalytic Electrode of CoW/Co‐Foam Achieves Efficient Ammonia Synthesis at Ampere‐Level Current Density

电合成 催化作用 材料科学 电化学 法拉第效率 亚硝酸盐 氨生产 无机化学 电催化剂 化学工程 电极 硝酸盐 化学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Kang Xia,Xuejing Yang,Zhe Meng,X. F. Sun,Miaomiao Shi,Hong‐Rui Li,Rui Gao,Bo Bi,Dongxue Liu,Jun‐Min Yan,Qing Jiang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (8) 被引量:43
标识
DOI:10.1002/aenm.202303321
摘要

Abstract Conversion of air and water into valuable chemicals of ammonia (NH 3 ) by plasma activation and electrochemical reduction is a promising approach to achieve zero carbon‐emission synthesis of NH 3 . However, designing highly efficient electrochemical catalysts is one of the key challenges in accomplishing this strategy. Herein, a self‐supported cobalt–tungsten alloy supported on cobalt foam (CoW/CF) is developed via a simple and efficient method at room temperature. Surprisingly, the catalyst exhibits ultra‐high NH 3 partial current density (1559 mA cm −2 ), superior NH 3 yield rate (164.3 mg h −1 cm −2 ), and high Faradaic efficiency (98.1%) under the condition of 0.2 M nitrate/nitrite, outperforming most of the reported values of electrosynthesis of NH 3 to the knowledge. The introduction of W makes the Co atom surface electron deficient, which can enhance the adsorption of NO x − and mitigate the excessive bonding of hydroxyl radicals (OH * ) generated during nitrite (NO 2 * ) hydrogenation, thereby reducing the energy barrier of the potential‐determining step. More interestingly, a scale‐up reaction system is established, achieving an NH 3 yield rate of 4.771 g h −1 and successfully converting the NH 3 in solution into solid NH 4 Cl. The aforementioned progress significantly enhances the facilitation of NH 3 electrosynthesis industrialization.
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