Interfacial Water Structure Modulation on Unconventional Phase Non‐Precious Metal Alloy Nanostructures for Efficient Nitrate Electroreduction to Ammonia in Neutral Media

材料科学 电解质 氨生产 合金 化学工程 法拉第效率 电合成 电化学 可逆氢电极 纳米结构 无机化学 纳米技术 电极 化学 冶金 物理化学 工作电极 工程类 有机化学
作者
Yunhao Wang,Fengkun Hao,Hongming Xu,Mingzi Sun,Xixi Wang,Yuecheng Xiong,Jingwen Zhou,Fu Liu,Yubing Hu,Yangbo Ma,Xiang Meng,Liang Guo,Chaohui Wang,Mingzheng Shao,Guozhi Wang,Juan Wang,Pengyi Lu,Jinwen Yin,Jie Wang,Wenxin Niu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202508617
摘要

Electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO3RR) has been recognized as a sustainable route for nitrate removal and value‐added ammonia (NH3) synthesis. Regulating the surface active hydrogen (*H) behavior is crucial but remains a formidable challenge, especially in neutral electrolyte, greatly limiting the highly selective NH3 formation. Herein, we report the controlled synthesis of heterophase hcp/fcc non‐precious CuNi alloy nanostructures for efficient NH3 electrosynthesis in neutral media. Significantly, hcp/fcc Cu10Ni90 exhibits excellent performance with NH3 Faradaic efficiency and yield rate of 98.1% and 57.4 mg h‐1 mgcat‐1, respectively. In‐situ studies suggest that the high proportion of interfacial K+ ion hydrated water (K+‐H2O) on hcp/fcc Cu10Ni90 creates high *H coverage via boosting interfacial water dissociation, enabling the rapid hydrogenation kinetics for NH3 synthesis. Theoretical calculations reveal that the superior NO3RR performance of hcp/fcc Cu10Ni90 originates from both the existence of hcp phase to improve the electroactivity and the high Ni content to guarantee efficient active hydrogen supply. The strong interaction between Ni and Cu also optimizes the electronic structures of Cu sites to realize fast intermediate conversions with low energy barriers. This work provides a novel strategy to optimize surface *H behavior via tuning interfacial water structure by crystal phase control.
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