Ammonia‐Resistant Carbon‐Encapsulated Cobalt Catalyst for Electrocatalytic Nitrate Reduction to Volatile Ammonia

氨 化学 催化作用 无机化学 电化学 浸出(土壤学) 吸附 硝酸盐 钴 氨生产 电极 瓶颈 氮气 挥发 化学工程 选择性催化还原 工作(物理) 纳米颗粒 金属 烟气 法拉第效率 合成气 离解(化学)
作者
Jingwen Ba,Ali Luo,Tingting Lian,Guoyu Hou,Y X Zhang,Wensheng Yang,Tianxi X. Liu,Zhihong Tian,Gao‐Feng Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (33): e7866851-e7866851
标识
DOI:10.1002/anie.7866851
摘要

ABSTRACT Electrocatalytic nitrate reduction to ammonia presents a promising route for sustainable nitrogen utilization; however, current efforts remain largely confined to optimizing synthesis efficiency, with insufficient attention paid to the concurrent challenge of ammonia separation—a key bottleneck for scalable deployment. Here, we report carbon‐shell‐encapsulated cobalt nanoparticles (Co@C), which uniquely enable integrated ammonia synthesis and in situ gas‐phase purification under strongly alkaline conditions. In both sequencing batch and continuous‐flow electrolyzers, Co@C delivers a robust nitrate‐to‐ammonia Faradaic efficiency of 92.4%, maintaining performance even in the presence of exogenous ammonia. Critically, the high‐pH environment shifts the NH 3 /NH 4 + equilibrium toward volatile NH 3 , enabling spontaneous volatilization and direct gaseous collection. Combined experimental and theoretical analyses demonstrate that the carbon shells confer dual functionality: they physically suppress Co leaching while electronically modulating surface adsorption to weaken NH 3 binding and accelerate desorption. Our work establishes a catalyst design principle centered on ammonia resistance and introduces an electrochemical platform that unifies synthesis, separation, and purification in a single step.
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