Amorphous Copper‐Coated Crystalline Cobalt Nanowire for Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia in Neutral Medium

材料科学 无定形固体 氨 钴 铜 纳米线 硝酸盐 无机化学 电催化剂 化学工程 电化学 纳米技术 冶金 电极 有机化学 化学 物理化学 工程类
作者
Jianlu Wei,Yujing Liu,Ze Wu,Linhu Han,Aomeng Deng,Qiu‐Yue Li,Chenmeng Jiang,Jingjing Liu,Lang Gan,Yiqiong Zhang,Shuangyin Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (52) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adfm.202513566
摘要

Abstract The direct electrocatalytic reduction of nitrate (NO 3 − ) to ammonia (NH 3 ) presents an energy‐efficient and promising strategy for wastewater treatment and the nitrogen cycle. However, under neutral conditions, the electrocatalytic process faces the challenge of insufficient active hydrogen (*H) supply and difficulty in hydrogenation of nitrogen‐containing intermediates. Herein, in this work, an amorphous copper‐coated crystalline cobalt nanowire (c‐Co@a‐Cu) catalyst is successfully fabricated for nitrate electroreduction, which achieves a high NH 3 yield rate (4.63 mg h −1 cm −2 ) and Faradaic efficiency (99.6%) at −0.6 V versus RHE in a neutral medium, outperforming its crystalline counterpart. The high‐resolution HAADF‐STEM and theoretical calculations indicate that amorphous Cu species coating on the Co nanowire surface synergistically enhance NO₃⁻ adsorption via Co‐Cu interactions. The c‐Co@a‐Cu catalyst lowers the energy barrier for *NO 3 H formation from *NO 3 , suppresses the hydrogen evolution reaction (HER), and provides abundant reactive hydrogen (*H) to facilitate hydrogenation of nitrogenous intermediates, ultimately accelerating nitrate‐to‐ammonia conversion. Furthermore, a peak power density up to 5.90 mW cm −2 and an NH 3 yield of 277.20 µg h −1 cm −2 have been realized in a homemade Zn‐NO 3 ‐ battery, achieving the integration of power output, nitrate treatment, and green ammonia production.
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