Antiferroelectric SnO2 Network with Amorphous Surface for Electrochemical N2 Fixation

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作者
Xiangyu Chen,Shuning Lv,Zhaoyu Li,Hongfei Gu,Xiaoyi Sun,Qi Hu,Yong Zhao,Zhaoyu Li,Tianqi Guo,Jianxin Kang,Limin Liu,Lin Guo
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (43): e202515222-e202515222 被引量:45
标识
DOI:10.1002/anie.202515222
摘要

Abstract Electrochemical nitrogen fixation‐a sustainable pathway for converting abundant N 2 into NH 3 using renewable energy‐holds transformative potential for revolutionizing artificial nitrogen cycles. Nevertheless, even the state‐of‐the‐art catalytic systems also suffer from inadequate N 2 adsorption capacity, which critically limits ammonia production rates and Faradaic efficiency (FE). To overcome this bottleneck, we strategically leveraged the antiferroelectric properties of SnO 2 to establish dipole–dipole interactions with N 2 molecules, synergistically enhancing both N 2 adsorption and activation kinetics. Building on this foundation, we construct a three‐dimensional (3D) porous SnO 2 network with unsaturated amorphous surfaces. Both experiment and first‐principles calculations indicate that all the exposed antiferroelectric surfaces could effectively adsorb N 2 , enhancing the N 2 adsorption ability and maximizing active sites accessibility. The optimized catalyst delivers exceptional performance, achieving an NH 3 production rate of 57.38 µg h −1 mg −1 cat and a FE of 33.26%, representing one of the highest reported values among aqueous‐phase ammonia synthesis catalysts. These breakthroughs not only establish a universal design framework for gas‐involving electrocatalysts but also pioneer an integrated strategy to elevate nitrogen utilization efficiency in next‐generation sustainable energy infrastructures.
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