Synergistic Integration of Amorphous Cobalt Phosphide with a Conductive Channel for Highly Efficient Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia

硝酸盐 磷化物 材料科学 还原(数学) 化学工程 无定形固体 无机化学 化学 金属 有机化学 冶金 几何学 数学 工程类
作者
Ruikai Qi,Zhiwei Wang,Mengxiao Zhong,Ce Wang,Fu‐Quan Bai,Xiaofeng Lu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (20) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/smll.202308311
摘要

Abstract Electrocatalytic nitrate reduction to ammonia (NO 3 RR) is regarded as a viable alternative reaction to “Haber Bosch” process. Nevertheless, it remains a major challenge to explore economical and efficient electrocatalysts that deliver high NH 3 yield rates and Faraday efficiencies (FE). Here, it demonstrates the fabrication of a 3D core‐shell structured Co‐carbon nanofibers (CNF)/ZIF‐CoP for NO 3 RR application. Benefitting from the distinct electron transport property of Co‐CNF and desirable mass transfer ability from amorphous CoP framework, the as‐prepared Co‐CNF/ZIF‐CoP exhibits large NH 3 FE (96.8 ± 3.4% at −0.1 V vs reversible hydrogen electrode (RHE)) and high yield rate (38.44 ± 0.65 mg cm −2 h −1 at −0.6 V vs RHE), which are better than Co‐CNF/ZIF‐crystal CoP. Density functional theory (DFT) calculations further reveal that amorphous CoP presents a lower energy barrier in the rate determination step of the protonation of *NO to produce *NOH intermediates compared with crystal CoP, resulting in a superior NO 3 RR performance. Eventually, an aqueous galvanic Zn–NO 3 − battery is assembled by using Co‐CNF/ZIF‐CoP as cathode material to achieve efficient production of NH 3 whilst simultaneously supplying electrical power. This work offers a reliable strategy to construct amorphous metal phosphide framework on conducting CNF as efficient electrocatalyst and enriches its promising application for NO 3 RR.
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