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 氨 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,Ziyue Teng,Guoquan Liu,Hua Gao,Ran Zhao,Licheng Sun,Fei Li
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier BV]
卷期号:3 (9): 100751-100751 被引量:8
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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