Sub-nm RuOx Clusters on Pd Metallene for Synergistically Enhanced Nitrate Electroreduction to Ammonia

催化作用 材料科学 氨生产 电化学 法拉第效率 无机化学 化学工程 化学 物理化学 电极 有机化学 工程类
作者
Xiaotian Li,Peng Shen,Dongwei Ma,Ke Chu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (2): 1081-1090 被引量:110
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c07911
摘要

The electrochemical nitrate reduction to ammonia reaction (NO3RR) has emerged as an appealing route for achieving both wastewater treatment and ammonia production. Herein, sub-nm RuOx clusters anchored on a Pd metallene (RuOx/Pd) are reported as a highly effective NO3RR catalyst, delivering a maximum NH3-Faradaic efficiency of 98.6% with a corresponding NH3 yield rate of 23.5 mg h–1 cm–2 and partial a current density of 296.3 mA cm–2 at −0.5 V vs RHE. Operando spectroscopic characterizations combined with theoretical computations unveil the synergy of RuOx and Pd to enhance the NO3RR energetics through a mechanism of hydrogen spillover and hydrogen-bond interactions. In detail, RuOx activates NO3– to form intermediates, while Pd dissociates H2O to generate *H, which spontaneously migrates to the RuOx/Pd interface via a hydrogen spillover process. Further hydrogen-bond interactions between spillovered *H and intermediates makes spillovered *H desorb from the RuOx/Pd interface and participate in the intermediate hydrogenation, contributing to the enhanced activity of RuOx/Pd for NO3–-to-NH3 conversion.
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