Facilitating reactant accessibility to heterometallic phosphide with superhydrophilic interfaces for efficient electrochemical production of ammonia and lactic acid

超亲水性 电化学 乳酸 磷化物 生产(经济) 氨生产 材料科学 化学 催化作用 生物化学 润湿 细菌 电极 生物 物理化学 经济 复合材料 遗传学 宏观经济学
作者
Lei Yan,Ruoxuan Sun,Sajid Mahmood,Liyi Bai,Yijun Zhong,Jiqiang Ning,Yong Hu
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:358: 124390-124390 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2024.124390
摘要

Electrocatalytic ammonia production requires high-performance catalysts for high-efficiency cathodic nitrate reduction reaction (NO3RR) and rapid oxidation reaction. Herein, an advanced NO3RR electrocatalyst based on bimetallic Co-Fe phosphide (Co-Fe-P) hollow nanocubes is prepared, which exhibits a high NH3 yield rate of 21.11 mg h−1 mgcat.−1 with Faradaic efficiency of 98.9 % under neutral conditions. Furthermore, continuous ammonia (>94.2 % selectivity) and lactic acid production can be obtained at lower applied voltages by using a two-electrode system integrating NO3RR with glycerol oxidation reaction. Based on detailed mechanistic investigations by in situ characterizations and theoretical calculations, the superhydrophilic property and dual-function centers of nucleophilicity (Co) and electrophilicity (Fe) of the FeP/CoP heterostructure interface synergistically contribute to the rapid accessibility of reactant species, reducing the energy barrier of rate-determining step (*NO→*NHO) and inhibiting the competing hydrogen evolution side reaction. This study provides deep insight into the design of high-efficiency electrocatalysts for nitrogen-neutral cycles.
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