Splicing the active phases of copper/cobalt-based catalysts achieves high-rate tandem electroreduction of nitrate to ammonia

催化作用 法拉第效率 氨生产 电化学 串联 无机化学 化学 产量(工程) 拉曼光谱 材料科学 化学工程 电极 物理化学 复合材料 有机化学 工程类 物理 光学 冶金 生物化学
作者
Wenhui He,Jian Zhang,Stefan Dieckhöfer,Swapnil Varhade,Ann Cathrin Brix,Anna Lielpētere,Sabine Seisel,João R. C. Junqueira,Wolfgang Schuhmann
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:602
标识
DOI:10.1038/s41467-022-28728-4
摘要

Electrocatalytic recycling of waste nitrate (NO3-) to valuable ammonia (NH3) at ambient conditions is a green and appealing alternative to the Haber-Bosch process. However, the reaction requires multi-step electron and proton transfer, making it a grand challenge to drive high-rate NH3 synthesis in an energy-efficient way. Herein, we present a design concept of tandem catalysts, which involves coupling intermediate phases of different transition metals, existing at low applied overpotentials, as cooperative active sites that enable cascade NO3--to-NH3 conversion, in turn avoiding the generally encountered scaling relations. We implement the concept by electrochemical transformation of Cu-Co binary sulfides into potential-dependent core-shell Cu/CuOx and Co/CoO phases. Electrochemical evaluation, kinetic studies, and in-situ Raman spectra reveal that the inner Cu/CuOx phases preferentially catalyze NO3- reduction to NO2-, which is rapidly reduced to NH3 at the nearby Co/CoO shell. This unique tandem catalyst system leads to a NO3--to-NH3 Faradaic efficiency of 93.3 ± 2.1% in a wide range of NO3- concentrations at pH 13, a high NH3 yield rate of 1.17 mmol cm-2 h-1 in 0.1 M NO3- at -0.175 V vs. RHE, and a half-cell energy efficiency of ~36%, surpassing most previous reports.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
会撒娇的如天完成签到 ,获得积分10
1秒前
浮游应助jinger采纳,获得10
2秒前
2秒前
如常发布了新的文献求助10
2秒前
ybh发布了新的文献求助50
3秒前
orixero应助5050采纳,获得10
3秒前
heyunhua23发布了新的文献求助10
6秒前
淡然冬灵发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
皮凡发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
10秒前
乐观的海发布了新的文献求助10
10秒前
鸡蛋灌饼完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
13秒前
凌奕添发布了新的文献求助10
15秒前
El发布了新的文献求助10
16秒前
秦善斓发布了新的文献求助10
16秒前
李若菲发布了新的文献求助10
18秒前
芒果关注了科研通微信公众号
20秒前
情怀应助清脆不乐采纳,获得10
20秒前
20秒前
21秒前
小陶发布了新的文献求助30
24秒前
24秒前
fa完成签到,获得积分10
25秒前
QiQi发布了新的文献求助10
25秒前
小福星饼干关注了科研通微信公众号
27秒前
Zhjie126发布了新的文献求助10
28秒前
28秒前
29秒前
32秒前
32秒前
Lucas应助如常采纳,获得10
34秒前
清脆不乐发布了新的文献求助10
34秒前
闪电侠发布了新的文献求助10
35秒前
浮游应助冰激凌采纳,获得10
35秒前
活泼一斩发布了新的文献求助10
37秒前
Akim应助小小王科研采纳,获得10
38秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Rapid Review of Electrodiagnostic and Neuromuscular Medicine: A Must-Have Reference for Neurologists and Physiatrists 1000
The Handbook of Communication Skills 500
求中国石油大学(北京)图书馆的硕士论文,作者董晨,十年前搞太赫兹的 500
基于3um sOl硅光平台的集成发射芯片关键器件研究 500
Educational Research: Planning, Conducting, and Evaluating Quantitative and Qualitative Research 460
Development in Infancy 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4792807
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4115216
关于积分的说明 12730815
捐赠科研通 3843171
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2118440
邀请新用户注册赠送积分活动 1140613
关于科研通互助平台的介绍 1028918