Boron Regulated Fe Single-Atom Structures for Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia

阳极 电解质 催化作用 氨生产 硝酸盐 法拉第效率 电极 阴极 电化学 无机化学 材料科学 吸附 化学工程 化学 物理化学 有机化学 工程类 生物化学
作者
Xihui Lu,Jinshan Wei,Hexing Lin,Yi Li,Yayun Li,Ya-yun Li,Ya-yun Li
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (12): 14654-14664 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c02221
摘要

Electrocatalytic reduction of nitrate (NO3RR) to ammonia offers a promising approach for mitigating the environmental impact of NO3–, while simultaneously enabling the synthesis of NH3 under ambient conditions. Recently, single-atom catalysts (SACs) have been proven to have attractive activity on NO3RR, and better catalysts with enhanced activity and stability are still in demand. Here, we report the efficient boosting of NH3 production via the NO3RR using boron-doped Fe SAC (Fe-BCN). Fe-BCN is a normal 12-hedral nanoparticle with a size of 500 nm. The NH3 Faradaic efficiency of Fe-BCN reached 97.48%, with a high ammonia production rate of 2.17 mg cm–2 h–1, in an alkaline electrolyte environment at an electrode potential of −0.3 V vs reversible hydrogen electrode. Density functional theory calculations revealed the strategy of introduced B regulating the intermediate adsorption on Fe-BCN, which enhanced the NO3RR activity. Furthermore, leveraging the high NO3RR activity of Fe-BCN, a nitrate-zinc battery with a power density of 0.90 mW cm–2 was constructed by using Fe-BCN as the cathode and zinc as the anode, respectively. This research demonstrates the broad prospects of Fe-BCN in the NO3RR and provides insights for high-performance Fe SAC electrode materials.
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