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): 1129-1129 被引量:714
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
搜集达人应助陈曦读研版采纳,获得10
1秒前
1秒前
msk完成签到 ,获得积分10
1秒前
文艺的青旋完成签到 ,获得积分10
2秒前
爱吃香菜的哆啦A梦完成签到,获得积分10
2秒前
希希顺利毕业完成签到,获得积分10
3秒前
Jelly完成签到 ,获得积分10
4秒前
linsns完成签到,获得积分10
5秒前
斑马完成签到,获得积分10
6秒前
文献高手完成签到 ,获得积分10
8秒前
周_完成签到 ,获得积分10
8秒前
思维隋发布了新的文献求助10
8秒前
hhhhxxxx完成签到,获得积分10
9秒前
Hastur00完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
12秒前
一氧化二氢完成签到,获得积分10
17秒前
Clarissa完成签到,获得积分10
17秒前
hhh完成签到,获得积分10
17秒前
CY完成签到,获得积分10
18秒前
18秒前
zuijiasunyou完成签到,获得积分10
19秒前
积极的尔白完成签到 ,获得积分10
19秒前
华西胖旭完成签到,获得积分10
20秒前
20秒前
荔枝励志完成签到 ,获得积分10
21秒前
小嚣张完成签到,获得积分10
22秒前
FD完成签到,获得积分10
23秒前
23秒前
xz完成签到,获得积分10
24秒前
知悉完成签到 ,获得积分10
24秒前
24秒前
yy完成签到 ,获得积分10
24秒前
陈艺杨完成签到 ,获得积分10
24秒前
李健应助Helbock采纳,获得10
24秒前
夏天完成签到 ,获得积分10
25秒前
化工兔完成签到,获得积分10
25秒前
hhh123完成签到,获得积分10
26秒前
26秒前
林海完成签到,获得积分10
26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
Fermented Coffee Market 2000
PARLOC2001: The update of loss containment data for offshore pipelines 500
Critical Thinking: Tools for Taking Charge of Your Learning and Your Life 4th Edition 500
Phylogenetic study of the order Polydesmida (Myriapoda: Diplopoda) 500
A Manual for the Identification of Plant Seeds and Fruits : Second revised edition 500
Vertebrate Palaeontology, 5th Edition 340
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 5256332
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4418639
关于积分的说明 13752945
捐赠科研通 4291811
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2355152
邀请新用户注册赠送积分活动 1351564
关于科研通互助平台的介绍 1312264