Highly efficient N2 electroreduction to NH3 on Cu7·2S4/C with sulfur vacancies synthesized using a continuous microchannel reactor

微通道 硫黄 材料科学 化学 化学工程 计算机科学 纳米技术 冶金 工程类
作者
Chunfang Yang,Ying Tang,X.C. Liu,Mei Zhang,Jingwen Pu,Qingwei Yang,Yunxia Zhao,Huiping Gao,Gang Wang,Feng Ye
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:67: 251-258
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2024.04.092
摘要

The electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR) has emerged as a sustainable and environmental–friendly alternative for ammonia synthesis compared with conventional Haber–Bosch process. However, considerable challenges persist in developing cost-effective catalysts for NRR. Herein, Cu7·2S4/C was synthesized using a continuous microchannel reactor followed by carbonization sulfurization at 600 °C. The as-prepared Cu7·2S4/C catalyst, featuring abundant sulfur vacancies, exhibited outstanding electrochemical performance for NRR, achieving an ammonia yield of 52 μg h−1mgcat.−1 and Faraday efficiency of 32.2%. In addition, density functional theory calculations suggest that sulfur vacancies contribute to a decrease in Gibbs free energy during N2-activated hydrogenation, thereby facilitating adsorption of N2 and formation of Cu–N bonds at catalytic active centers. This study introduces a novel strategy for synthesizing economical and efficient NRR electrocatalysts based on transition metal-based metal–organic frameworks.
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