Breaking the Performance Limit of Pure Metals for N 2 Electroreduction

法拉第效率 吸附 产量(工程) 电极 氧化还原 扩散 电化学 化学 水溶液 材料科学 过渡金属 金属 纳米技术 无机化学 氨生产 化学工程 可逆氢电极 化学物理 多孔性 氮气 反应中间体 设计要素和原则 电催化剂
作者
Tan Zhang,Zhikai Che,Yuru Song,Rui Yao,Jinping Li,Yuhan Sun,Guang Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (45): e202514028-e202514028 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.202514028
摘要

Abstract The electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) offers a sustainable pathway for ambient‐condition ammonia synthesis, yet its efficiency is fundamentally limited by the low N 2 concentration in aqueous systems and the competing strong adsorption of H 2 O/H intermediates on conventional bulk metal catalysts. Herein, we propose a universal micro/nanoengineering strategy to address these challenges by constructing three‐phase‐interface‐optimized hollow fiber (HF) electrodes. This design simultaneously enhances local N 2 enrichment and modulates the surface coverage of critical intermediates (*N 2 versus *H), thereby shifting the reaction equilibrium toward NRR. As a proof of concept, Fe‐based HF electrodes achieve a remarkable NH 3 yield rate of 27.1 µg h −1 cm −2 and a Faradaic efficiency (FE) of 3.5% under ambient conditions—values dramatically enhanced by ∼60‐fold and ∼35‐fold, respectively, compared to planar Fe electrodes. Mechanistic studies reveal that the hierarchical porous architecture of HF electrodes promotes N 2 diffusion and alters the adsorption hierarchy of intermediates, effectively suppressing hydrogen evolution while activating N≡N bond cleavage. Crucially, this strategy demonstrates broad applicability, as evidenced by significantly improved NRR performance across diverse metals (e.g., Cu, Ni), highlighting its potential as a general platform for advancing sustainable ammonia electrosynthesis.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刘歌完成签到 ,获得积分10
刚刚
Peix完成签到,获得积分10
刚刚
yjy完成签到 ,获得积分10
刚刚
落后的醉薇关注了科研通微信公众号
1秒前
桐桐应助李大an采纳,获得10
1秒前
1秒前
keke完成签到,获得积分10
2秒前
sky完成签到 ,获得积分10
2秒前
2秒前
科研通AI6.4应助伍绮彤采纳,获得10
3秒前
科研落完成签到,获得积分10
4秒前
5秒前
田様应助骨化醇采纳,获得10
6秒前
kiki完成签到,获得积分10
6秒前
执着大象完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
7秒前
所所应助fff采纳,获得10
7秒前
8秒前
安静笑晴完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
8秒前
Jasper应助科研通管家采纳,获得10
8秒前
orixero应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
wanci应助科研通管家采纳,获得100
9秒前
ding应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
赘婿应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
Copyright应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
今后应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
CipherSage应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
大师兄应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
kiki发布了新的文献求助10
9秒前
李爱国应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
Hello应助科研通管家采纳,获得30
9秒前
慕青应助Emidn1采纳,获得10
10秒前
Ava应助执着大象采纳,获得10
10秒前
11秒前
11秒前
molihuakai应助杪111采纳,获得10
12秒前
研友_8WdzPL发布了新的文献求助10
12秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Molecular Mechanisms of Photosynthesis, 4th Edition 1000
Organic Reactions, Volume 116 1000
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
Reading and Understanding Health Research 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7252097
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8874503
关于积分的说明 18732390
捐赠科研通 6932075
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3199623
关于科研通互助平台的介绍 2374362
邀请新用户注册赠送积分活动 2174189