Direct ammonia and dihydroxyacetone production in an unbiased photoelectrochemical cell

二羟丙酮 氨生产 生产(经济) 化学 生物化学 甘油 宏观经济学 经济
作者
Xiaotian Guo,Rui‐Ting Gao,Shijie Ren,Nhat Truong Nguyen,Haojie Chen,Limin Wu,Lei Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 6220-6220 被引量:18
标识
DOI:10.1038/s41467-025-61080-x
摘要

Photoelectrochemical production of ammonia usually suffers from a low solar-to-ammonia efficiency and a high overpotential, which influences the bias-free operation of sustainable photoelectrochemistry. Herein, we realize solar-driven ammonia production from waste nitrate by constructing copper-osmium catalysts deposited on the Sb2(S,Se)3 semiconductor, enabling optimized photo-carrier transport pathways and a beneficial co-adsorption configuration of *NO3-H2O moieties. The photocathode reaches a photocurrent density of 5.6 mA cm-2 at 0 VRHE with a low onset potential of 0.86 VRHE and a Faradaic efficiency of 96.98% at 0.6 VRHE under AM 1.5 G illumination. We further employ glycerol oxidation reaction on ruthenium doped bismuth oxide catalyst decorated on titanium oxide photoanode, requiring an onset potential of 0.3 VRHE to enable bias-free operation. The unbiased photoelectrochemical system shows Faradaic efficiencies of over 97% for ammonia products and above 77% for glycerol oxidation product under AM 1.5 G illumination. The large-sized photoelectrodes maintain a stability for 24 h without noticeable degradation. Our works indicate that unassisted and stable PEC ammonia production is feasible with in situ glycerol valorization using the photoanode and photocathode.
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