Ru─B Modulated Electronic Structure Promotes Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia and Zinc‐Nitrate Battery

材料科学 硝酸盐 电池(电) 无机化学 硝酸锌 电催化剂 电化学 还原(数学) 冶金 电极 功率(物理) 化学 有机化学 物理化学 物理 量子力学 数学 几何学
作者
Jiajia Wang,Kai Liao,Yinuo Wei,G.J. Wang,Zhangyang Wan,Bo Liu,Zhihan Liu,Xuefan Deng,Xue Zhao,Haibo Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (10) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adfm.202516068
摘要

Abstract Ru‐based materials exhibit outstanding potential for electrocatalytic nitrate reduction reactions (eNitRR), but balancing catalytic activity and selectivity remains a challenge. Here, boron clusters ( closo ‐[B 12 H 12 ] 2− ) serve as both reducing agent and boron source, and boron cage collapses during the reduction, releasing B atoms for doping. Ru is dispersed into independent atoms and stabilized by abundant boron to form Ru─B/Cu x O. Crucially, electron deficiency within boron in the formed Ru─B bonds draws electron density from Ru 0 , generating electron‐deficient Ru δ+ sites, which significantly boosts eNitRR activity. Density functional theory (DFT) calculations confirm the altered electronic structure of Ru by boron doping. This modification promotes the generation of crucial * H intermediates, enhances the adsorption and activation of NO 3 − , and facilitates the dissociation of NH 3 on the catalyst surface. Consequently, Ru─B/Cu x O delivers a maximum NH 3 yield rate of 70.36 g h −1 g cat. −1 and Faradaic efficiency of 98.45%. Furthermore, a Zn‐NO 3 − battery assembled with the Ru─B/Cu x O cathode demonstrates a high open‐circuit voltage of 1.62 V and an impressive output power density of 1.46 mW cm −2 . This study uniquely harnesses dual‐functional boron clusters as structural bridges to construct boron‐doped ruthenium complexes, effectively regulating ruthenium's electronic structure. It provides novel strategies and insights for developing high‐performance ruthenium‐based eNitRR catalysts.
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