Ambient Electrochemical Ammonia Synthesis: From Theoretical Guidance to Catalyst Design

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作者
Jianjia Mu,Xuan‐Wen Gao,Tong Yu,Lu‐Kang Zhao,Wen Luo,Huicong Yang,Zhao‐Meng Liu,Zhenhua Sun,Qinfen Gu,Feng Li
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (15): e2308979-e2308979 被引量:85
标识
DOI:10.1002/advs.202308979
摘要

Ammonia, a vital component in the synthesis of fertilizers, plastics, and explosives, is traditionally produced via the energy-intensive and environmentally detrimental Haber-Bosch process. Given its considerable energy consumption and significant greenhouse gas emissions, there is a growing shift toward electrocatalytic ammonia synthesis as an eco-friendly alternative. However, developing efficient electrocatalysts capable of achieving high selectivity, Faraday efficiency, and yield under ambient conditions remains a significant challenge. This review delves into the decades-long research into electrocatalytic ammonia synthesis, highlighting the evolution of fundamental principles, theoretical descriptors, and reaction mechanisms. An in-depth analysis of the nitrogen reduction reaction (NRR) and nitrate reduction reaction (NitRR) is provided, with a focus on their electrocatalysts. Additionally, the theories behind electrocatalyst design for ammonia synthesis are examined, including the Gibbs free energy approach, Sabatier principle, d-band center theory, and orbital spin states. The review culminates in a comprehensive overview of the current challenges and prospective future directions in electrocatalyst development for NRR and NitRR, paving the way for more sustainable methods of ammonia production.
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