Acidic Nitrate Electroreduction with Ultrahigh Energy Efficiency

硝酸盐 环境科学 无机化学 化学 环境化学 材料科学 有机化学
作者
Rong Zhang,Xintao Ma,Shaoce Zhang,Huilin Cui,Chuan Li,Yanbo Wang,Qing Li,Chao Peng,Ying Guo,Chunyi Zhi
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (32) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/anie.202507724
摘要

Ammonia (NH3) is an important feedstock for industry, an ideal energy carrier, and a perspective storage media for hydrogen. Recently, electrochemical nitrate (NO3-) reduction under acidic conditions has received considerable attention but it suffers from limited efficiency especially under low NO3- concentration. Here, we report an in situ formed positively charged polyethyleneimine-modified Cu under acidic conditions as a catalyst-electrolyte interface (CEI) for electrochemical NO3- reduction to NH3. Such CEI can effectively accumulate NO3- anions via static interactions and accelerate *NO hydrogenation to *NOH by weakening *NO intermediate adsorption on Cu site, thereby facilitating NO3--to-NH3 conversion. Such CEI delivers an increased NH3 Faradaic efficiency (FE) of 83.5% and an impressive half-cell energy efficiency (EE) of 37.1% in 10 mM NO3- solution (pH = 1). The NH3 FE and EE can further increase to 90.2% and 44.1% in 0.5 M NO3-, respectively. The high EE of CEI surpasses previously reported catalyst performances for NO3- reduction. Finally, we demonstrate the feasibility of a novel NO3--furfural battery, showcasing a self-power electrocatalytic system capable of simultaneously treating NO3- pollutants, generating value-added NH3 and upgrading biomass. This work offers valuable insights into the construction of a CEI to enhance the efficiency of NH3 synthesis.
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