Optimizing Intermediate Adsorption via Heteroatom Ensemble Effect over RuFe Bimetallic Alloy for Enhanced Nitrate Electroreduction to Ammonia

杂原子 双金属片 材料科学 吸附 电子转移 电化学 解吸 催化作用 硝酸盐 无机化学 反应中间体 合金 光化学 电极 物理化学 化学 有机化学 金属 冶金 戒指(化学)
作者
X. Zhao,Yuzhuo Jiang,Mengfan Wang,Sisi Liu,Zhichao Wang,Tao Qian,Chenglin Yan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (31) 被引量:28
标识
DOI:10.1002/aenm.202301409
摘要

Abstract The electrochemical nitrate reduction reaction (NO 3 RR) is a promising approach for nitrate removal and NH 3 synthesis at ambient conditions. As a complex eight‐electron/nine‐proton transfer process, its performance relies heavily on the adsorption ability of reaction intermediates on the catalyst surface, which is determined by the geometric and electronic configurations of active sites. In this work, a heteroatom ensemble effect is deliberately triggered over RuFe bimetallic alloy to optimize intermediate adsorption for NO 3 RR. A record‐high NH 3 yield rate of 118.8 mg h −1 mg −1 and a high Faradaic efficiency of 92.2% are achieved at −1.4 V vs reversible hydrogen electrode, ranking at the top of the state‐of‐the‐art. Experimental and computational results reveal that the geometric and electronic characteristics of the induced heteroatom ensemble effect play crucial roles. Both Ru and Fe display a continuous state throughout the Fermi level, suggesting high electron density benefits the whole NO 3 RR. As a result, facilitated adsorption of NO 3 − , efficient stabilization of key intermediates, as well as the timely desorption of NH 3 are simultaneously achieved, thus significantly promoting the direct reduction of NO 3 − to NH 3 .
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