Ultrathin High‐Entropy Fe‐Based Spinel Oxide Nanosheets with Metalloid Band Structures for Efficient Nitrate Reduction toward Ammonia

材料科学 尖晶石 氨 氧化物 无机化学 化学工程 冶金 化学 有机化学 工程类
作者
Shuai Qi,Zhihao Lei,Qihua Huo,Jinwen Zhao,Tianchi Huang,Na Meng,Jinlian Liao,Jiabao Yi,Chunyan Shang,Xue Zhang,Hengpan Yang,Qi Hu,Chuanxin He
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (27): e2403958-e2403958 被引量:114
标识
DOI:10.1002/adma.202403958
摘要

Abstract Spinel oxides with tunable chemical compositions have emerged as versatile electrocatalysts, however their performance is greatly limited by small surface area and low electron conductivity. Here, ultrathin high‐entropy Fe‐based spinel oxides nanosheets are rationally designed (i.e., (Co 0.2 Ni 0.2 Zn 0.2 Mg 0.2 Cu 0.2 )Fe 2 O 4 ; denotes A 5 Fe 2 O 4 ) in thickness of ≈4.3 nm with large surface area and highly exposed active sites via a modified sol–gel method. Theoretic and experimental results confirm that the bandgap of A 5 Fe 2 O 4 nanosheets is significantly smaller than that of ordinary Fe‐based spinel oxides, realizing the transformation of binary spinel oxide from semiconductors to metalloids. As a result, such A 5 Fe 2 O 4 nanosheets manifest excellent performance for the nitrate reduction reaction (NO 3 − RR) to ammonia (NH 3 ), with a NH 3 yield rate of ≈2.1 mmol h −1 cm −2 at −0.5 V versus Reversible hydrogen electrode, outperforming other spinel‐based electrocatalysts. Systematic mechanism investigations reveal that the NO 3 − RR is mainly occurred on Fe sites, and introducing high‐entropy compositions in tetrahedral sites regulates the adsorption strength of N and O‐related intermediates on Fe for boosting the NO 3 − RR. The above findings offer a high‐entropy platform to regulate the bandgap and enhance the electrocatalytic performance of spinel oxides.
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