Interfacial Electronic Interactions Induced by Self‐Assembled Amorphous RuCo Bimetallenes/MXene Heterostructures for Nitrate Electroreduction to Ammonia

法拉第效率 异质结 可逆氢电极 氨生产 催化作用 材料科学 无定形固体 无机化学 吸附 化学工程 电极 电化学 化学 物理化学 结晶学 参比电极 光电子学 有机化学 工程类
作者
Qi Zhang,Jing Zhou,Cheng‐Wei Kao,Shanqiang Gao,Jilong Li,Ying‐Rui Lu,Dingwang Yuan,Nithyadharseni Palaniyandy,Yongwen Tan
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (25): e2502635-e2502635 被引量:6
标识
DOI:10.1002/smll.202502635
摘要

Electrocatalytic nitrate reduction to ammonia (NO3RR) is an attractive green route to generate valuable ammonia and remove nitrates in industrial processes. However, under the intense competition of hydrogen evolution reactions (HER), it is a key challenge to improve the selectivity and reduce the energy consumption of the nitrate reduction reaction. Herein, a unique amorphous RuCo Bimetallenes confined on Ti3C2Tx-MXene (RuCo/Ti3C2Tx) is reported as a highly efficient NO3RR catalyst, showing a remarkable Faradaic efficiency for ammonia of 94.7% at -0.2 V versus reversible hydrogen electrode (RHE), with the corresponding high ammonia yield rate of 98.8 mg h-1 mgcat -1 at -0.6 V versus RHE. Significantly, the RuCo/Ti3C2Tx heterostructures are able to operate stably at 1 A cm-2 for over 100 h under membrane electrode assembly (MEA) conditions with a stabilized NH3 Faraday efficiency. In-depth theoretical and operando spectroscopic investigations unveil that the in situ generation of heterojunction via interfacial Ru/Co─O bridges can induce charge redistribution through Ru/Co─O-Ti structure and modulate the electronic structure of RuCo Bimetallenes, significantly promoting *H production and the adsorption and activation of reactants/intermediates, while suppressing HER, thereby boosting NO3RR performance. This study offers a new insight the metal-support interaction for the development of high-performance electrocatalysts.
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