Descriptor‐Driven Design of Dual‐Active‐Site Electrocatalysts for Ammonia Synthesis

材料科学 吸附 催化作用 金属间化合物 合理设计 密度泛函理论 氨生产 化学工程 无机化学 金属 硝酸盐 电化学 纳米技术 限制 动力学 组合化学 氢气储存 设计要素和原则 选择性催化还原 还原(数学) 石墨烯 电催化剂 理想(伦理)
作者
Chaoqun Ma,Fukai Feng,Huaifang Zhang,Gang Lin,Jing Xia,Xiaojuan Zhu,Xiao Ma,Caihong He,Sumei Han,Yingxue Du,Wenbin Cao,Xiangmin Meng,Yang Song,Lijie Zhu,An‐Liang Wang,Qipeng Lu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:16 (2) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/aenm.202504325
摘要

Abstract The electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO 3 RR) offers a sustainable route to convert nitrate (NO 3 − ) pollutants into value‐added ammonia (NH 3 ). However, the NO 3 RR process still suffers from sluggish kinetics due to unfavorable NO 3 − adsorption and limited active hydrogen (*H) availability. Optimizing NO 3 − adsorption and increasing *H supply can enhance catalytic performance, yet incorporating these improvements into the rational design of high‐performance catalysts remains challenging. Here, a descriptor‐guided intermetallic design strategy is proposed that synergistically integrates NO 3 − ‐adsorbing metal sites with *H‐supplying counterparts to enhance NO 3 RR performance. Density functional theory calculations indicate that Co possesses ideal NO 3 − adsorption energy, while Ge effectively supplies *H. By constructing atomic ordered Co‐Ge intermetallic compounds (IMCs), NO 3 − adsorption and *H supply are simultaneously optimized. Among seven thermodynamically stable Co‐Ge IMCs, hexagonal Co 7 Ge 4 ( h ‐Co 7 Ge 4 ) exhibits the most favorable limiting potential and NH 3 selectivity, identifying it as the most promising NO 3 RR electrocatalyst. Experimental results confirm that carbon‐supported h ‐Co 7 Ge 4 /C achieves a FE of 97.8% and good stability, outperforming most reported NO 3 RR electrocatalysts.
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