Efficient Ammonia Production Beginning from Enhanced Air Activation

材料科学 催化作用 氨生产 法拉第效率 水溶液 氧气 亚硝酸盐 析氧 制氢 密度泛函理论 吸附 无机化学 电化学 化学工程 硝酸盐 物理化学 电极 计算化学 有机化学 化学 工程类
作者
Zhe Meng,Jiaxin Yao,Changning Sun,Kang Xia,Rui Gao,Hong‐Rui Li,Bo Bi,Yong‐Fu Zhu,Jun‐Min Yan,Qing Jiang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (38) 被引量:70
标识
DOI:10.1002/aenm.202202105
摘要

Abstract Ammonia is considered to be a next‐generation clean energy carrier, and thus the green synthesis of NH 3 is of great importance. In this work, non‐thermal plasma oxidation is combined with electroreduction to achieve an efficient two‐step NH 3 synthesis. A Ti bubbler is introduced in the first step of plasma activation of air to effectively produce nitrate/nitrite (NO x − ) in an absorption solution, and the production rate achieves the highest value of 55.29 mmol h −1 ; the obtained NO x − aqueous solution is directly employed as catholyte for the second step of electroreduction with oxygen vacancy‐rich Co 3 O 4 nanoparticles as the catalyst. Density functional theory calculations reveal that the introduction of oxygen vacancies endows their adjacent Co atoms with improved activity, which promotes adsorption and hydrogenation of NO x − , meanwhile suppressing the hydrogen evolution reaction. Thus the oxygen vacancy‐rich Co 3 O 4 NPs present a significant NH 3 production rate of 39.60 mg h −1 cm −2 , high Faradaic efficiency of 96.08% and a large current density (376.48 mA cm −2 ), outperforming the previously reported ones including N 2 or NO x − electroreduction.
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