Spontaneous N2 formation by a diruthenium complex enables electrocatalytic and aerobic oxidation of ammonia

化学 氧化还原 氧化剂 电化学 无机化学 试剂 氧气 金属 氨生产 光化学 电极 有机化学 物理化学
作者
Michael J. Trenerry,Christian M. Wallen,Tristan R. Brown,Sungho V. Park,John F. Berry
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:13 (12): 1221-1227 被引量:66
标识
DOI:10.1038/s41557-021-00797-w
摘要

The electrochemical conversion of ammonia to dinitrogen in a direct ammonia fuel cell (DAFC) is a necessary technology for the realization of a nitrogen economy. Previous efforts to catalyse this reaction with molecular complexes required the addition of exogenous oxidizing reagents or application of potentials greater than the thermodynamic potential for the oxygen reduction reaction-the cathodic process of a DAFC. We report a stable metal-metal bonded diruthenium complex that spontaneously produces dinitrogen from ammonia under ambient conditions. The resulting reduced diruthenium material can be reoxidized with oxygen for subsequent reactions with ammonia, demonstrating its ability to spontaneously promote both half-reactions necessary for a DAFC. The diruthenium complex also acts as a redox mediator for the electrocatalytic oxidation of ammonia to dinitrogen at potentials as low as -255 mV versus Fc0/+ and operates below the oxygen reduction reaction potential in alkaline conditions, thus achieving a thermodynamic viability relevant for the future development of DAFCs.
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