Enhancing hydrogenation with Co/Cu foam electrode to achieve wide-range electroreduction of nitrate to ammonia

催化作用 电极 吉布斯自由能 法拉第效率 化学 无机化学 硝酸盐 电化学 氨生产 电极电位 材料科学 化学工程 热力学 物理化学 有机化学 工程类 物理
作者
Yang Xu,Weifu Sun,Jun Cheng,Xiàn Yáng,Guorun Dai,Jianzhong Liu
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:472: 143348-143348 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2023.143348
摘要

Electroreduction of nitrate to ammonia (ERNA) is an attractive option to achieve green conversion of renewable energy sources. However, most of the current catalysts for ERNA have poor applicability over a wide potential range and display high selectivity only at fixed potentials. In this work, Co/Cu foam electrode was prepared using electrodeposition method for ERNA. The Faradaic efficiency of this electrode for ammonia production was 92.8 %-97.1 % over a wide potential range from -0.49 V to -0.79 V (ERHE), demonstrating a high degree of stability under potential fluctuation scenarios. NH3 yield rate significantly increased to a peak of 5615.1 μg·h–1·cm−2 at -0.59 V. Density functional theory calculations showed that Co nanosheets reduce the Gibbs free energy of hydrogenation pathway for nitrogen-related intermediates on copper sites. The energy barrier of *N to *NH step on Co/Cu foam is only 0.01 eV, which is 1.12 eV lower than that on Cu foam without Co. The enhanced hydrogenation process significantly reduces the energy barrier of NH3 evolution step from 1.73 eV to 0.2 eV.
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