Efficient Electroreduction of Nitrate to Ammonia with CuPd Nanoalloy Catalysts

催化作用 法拉第效率 化学 氨生产 无机化学 吸附 电子转移 电化学 可逆氢电极 产量(工程) 硝酸盐 电极 材料科学 光化学 物理化学 有机化学 工作电极 冶金
作者
Zhimin Song,Lang Qin,Yan Liu,Yongzhi Zhong,Qing Guo,Zhigang Geng,Jie Zeng
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:16 (22) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/cssc.202300202
摘要

The electroreduction of nitrate (NO3- ) to valuable ammonia (NH3 ) is a green and appealing alternative to the Haber-Bosch process. Nevertheless, this process suffers from low performance for NH3 due to the sluggish multi-electron/proton-involved steps. In this work, a CuPd nanoalloy catalyst was developed toward NO3- electroreduction at ambient conditions. By modulating the atomic ratio of Cu to Pd, the hydrogenation steps of NH3 synthesis during NO3- electroreduction can be effectively controlled. At -0.7 V versus reversible hydrogen electrode (vs. RHE), the optimized CuPd electrocatalysts achieved a Faradaic efficiency for NH3 of 95.5 %, which was 1.3 and 1.8 times higher than that of Cu and Pd, respectively. Notably, at -0.9 V vs. RHE, the CuPd electrocatalysts showed a high yield rate of 36.2 mg h-1 cm-2 for NH3 with a corresponding partial current density of -430.6 mA cm-2 . Mechanism investigation revealed the enhanced performance originated from the synergistic catalytic cooperation between Cu and Pd sites. The H-atoms adsorbed on the Pd sites prefer to transfer to adjacent nitrogen intermediates adsorbed on the Cu sites, thereby promoting the hydrogenation of intermediates and the formation of NH3 .
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