A Cu‐Cu2O/Ni2P Heterostructure for Efficient Tandem Catalysis of Electrosynthesis of Ammonia from Nitrate Reduction Reaction in Neutral Medium

电合成 氨生产 材料科学 催化作用 串联 硝酸盐 无机化学 异质结 电化学 物理化学 电极 化学 有机化学 光电子学 复合材料
作者
Huilin Zhao,Pengfei Liu,Xuetao Cheng,Chao Fan,Jian Liu,Dongxiao Kan,Yanqin Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (27) 被引量:29
标识
DOI:10.1002/adfm.202425459
摘要

Abstract Electrochemical nitrate reduction to ammonia (eNO 3 RR) in neutral conditions is an effective and sustainable method for ammonia production while treating nitrate pollution. Nevertheless, it still faces a great challenge due to the complicated multiple proton‐coupled‐electron process in eNO 3 RR. Herein, an efficient heterostructure electrocatalyst Cu‐Cu 2 O/Ni 2 P has been successfully fabricated for neutral ammonia electrosynthesis from nitrate reduction. Cu‐Cu 2 O/Ni 2 P exhibits outstanding eNO 3 RR performance with a Faradaic efficiency (FE) as high as 96.4% and ammonia yield rate of 14636 µg·h −1 ·cm −2 at −1.0 V (vs RHE) in 0.1 m PBS solution, which outperforms most of the reported eNO 3 RR electrocatalysts in neutral media. More importantly, the catalyst demonstrates an exceptional stability for 30 consecutive electrolysis cycles and outstanding durability even at large current density of 440 mA cm −2 in a flow cell. The tandem catalysis mechanism of NO 3 − → NO 2 − → NH 3 by the synergism of two components of Cu‐Cu 2 O and Ni 2 P in Cu‐Cu 2 O/Ni 2 P is verified by the experimental and theoretical calculations. Cu‐Cu 2 O has strong adsorption capacity for NO 3 − and which can be reduced into NO 2 − , while Ni 2 P can facilitate the water splitting, which promotes the abundant *H production, thus boosting the subsequent hydrogenation process during eNO 3 RR process whilst inhibiting the competitive hydrogen evolution reaction (HER).
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