High-Rate, High-Selectivity Electrochemical Oxidation of Ammonia to Nitrite with a Silver-Based Catalyst

催化作用 亚硝酸盐 电化学 无机化学 氧化还原 化学 试剂 法拉第效率 产量(工程) 硝酸盐 电极 有机化学 材料科学 物理化学 冶金
作者
Thi Mung Vu,Sam Johnston,Darcy Simondson,Cuong K. Nguyen,Tam D. Nguyen,Daniel Van Zeil,Rosalie K. Hocking,Douglas R. MacFarlane,Alexandr N. Simonov
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (14): 10974-10986 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c02633
摘要

Effective operation of electrocatalysts for the ammonia oxidation reaction (AOR) is typically constrained by poisoning, rapid corrosion, and low Faradaic efficiencies (FEs). Aiming to address these challenges, we present herein a robust silver oxide (AgOx) catalyst generated by in situ anodic electrodeposition from a solution of Tollen’s reagent ([Ag(NH3)2]OH). When tested in 1 M KOH and 0.1 M NH3 at 1.1 V vs standard hydrogen electrode, AgOx catalyzes the AOR to nitrite at an FE of 70 ± 6% and a yield rate of 42 ± 7 nmol s–1 cm–2, on a time scale of 33 h, which is the highest performance reported so far. Our data suggest that the mechanism of the AgOx-catalyzed AOR is defined by pH, with the strongly alkaline conditions (>0.1 M KOH) favoring the heterogeneous electrocatalytic pathway producing nitrite. In turn, operation at <0.1 M KOH promotes the formation of N2 via a homogeneous reaction mediated by the Ag3+/2+ redox couple. Electrochemical and physical characterization, including by in situ X-ray absorption and Raman spectroscopy, suggests that the active sites within AgOx promoting nitrite production are Ag3+-based.
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