Low‐Valent Single‐Atom Indium Site Regulating Ionic Interference and Adsorbed Hydrogen for Near‐Unity Electrosynthesis of Ammonia

电合成 无机化学 化学 电化学 电解 催化作用 吸附 可逆氢电极 离子键合 电极 法拉第效率 产量(工程) 光化学 电化学电池 电极电位 电子转移 阳极 高氯酸盐 法拉第电流 材料科学 离子 氧化还原 电解质 分解水 电催化剂 次磷酸 氨生产 电解水 标准氢电极
作者
Quan Quan,Yuxuan Zhang,Boxiang Gao,Haifan Li,Dong Chen,Pengshan Xie,Weijun Wang,Dengji Li,Yi Shen,Yan Yan,Shaohai Li,Chun‐Yuen Wong,SenPo Yip,Johnny C. Ho
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (5): e20730-e20730 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.202520730
摘要

Abstract Microenvironment modulation, involving the selective adsorption of ions and the engineering of hydrogen radicals, is critical for the neutral electrochemical reduction of nitrate to ammonia at high current densities. In this work, self‐adaptive low‐valent indium single atoms SAs decorated copper‐based nanosheets were investigated as a prototype. The catalyst exhibits a maximum ammonia Faradaic efficiency (FE NH3 ) of 99.36% and a high NH 3 yield rate of 29.02 mg h −1 mg cat. −1 in neutral electrolyte. In‐depth experiments and theoretical calculations suggest that the indium SAs optimize the local electronic distribution of the derived Cu matrix through strong p‐d orbital couplings, with the electron‐relay effect, thereby enhancing electron transfer and regulating the supply of hydrogen radicals to accelerate the hydrogenation process. Furthermore, in situ Raman results and molecular dynamics simulations reveal that the indium SAs can act as solid‐state buffering sites by inducing a potential‐dependent adsorption behavior of NO 3 − over SO 4 2− as a supporting oxoanion in the electric double layer, consequently maintaining high reaction activity and selectivity. Herein, the as‐designed electrode operates stably at 200 mA cm −2 for 150 h in a bipolar membrane electrode assembly electrolyzer with a FE NH3 of ∼83%, indicating promising practical applications.
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