Modulating the proton transfer kinetics via Ru single atoms for highly efficient ammonia synthesis

电合成 氨生产 催化作用 质子耦合电子转移 质子 电子转移 电化学 化学 动力学 电极 无机化学 化学工程 物理化学 物理 有机化学 工程类 量子力学
作者
Suxian Xu,Yong Zhu,Zhibing Wen,Shengming Yu,Zeyu Teng,Guoquan Liu,Hua Gao,Ran Zhao,Licheng Sun,Fei Li
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier]
卷期号:3 (9): 100751-100751 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.checat.2023.100751
摘要

The electrochemical nitrate reduction reaction (eNO3RR) is an appealing technology for converting environmentally toxic NO3− to ammonia (NH3). This approach was usually obstructed by the multi-proton/electron involved process. Here, we report a catalyst with Ru single atoms supported on Co3O4 (Ru SAs-Co3O4). The as-developed Ru SAs-Co3O4 catalyst shows a remarkable NH3-evolving activity with a faradic efficiency of 94.92% ± 4.02% at the potential of −0.2 V (vs. RHE) and a generation rate of 1,843.45 ± 57.14 μmol h−1 cm−2 at the potential of −0.5 V. Further investigations revealed that the Ru SAs play a dual role in simultaneously accelerating the proton transfer and modulating the d-electron structures of the neighboring Co sites, which led to a lower energy barrier of the rate-determining step. Eventually, by combining the eNO3RR and electrosynthesis of 5,5′-azotetrazolate at a two-electrode system, an energy-saving NH3 synthesis, while simultaneously producing value-added chemicals, was successfully achieved.
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