Electrocatalytic Conversion of Nitrate Into Ammonia Through Heterogeneous Catalysis of NiMoO4 and Cu/Cu2O

材料科学 法拉第效率 催化作用 电催化剂 硝酸盐 无机化学 氨生产 电化学 化学工程 电极 物理化学 有机化学 冶金 化学 工程类
作者
Changzheng Lin,Xin Chen,Ling Wang,Weijia Li,Zhenyu Wang,Mingtao Li,Jiangtao Feng,Bo Hou,Wei Yan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (36) 被引量:66
标识
DOI:10.1002/adfm.202401287
摘要

Abstract Facilitating equilibrium in the nitrogen cycle, electrochemical nitrate reduction (NitRR) to ammonia stands as a carbon‐free method for ammonia synthesis. Copper‐based catalysts, renowned for NitRR, face a hurdle in supplying sufficient hydrogen radicals (*H) for efficient hydrogenation of NitRR intermediates. Addressing this, NiMoO 4 is leveraged as an excellent *H donor, synergistically coupling it with a copper‐based catalyst. The work introduces a high‐performance NiMoO 4 /CuO nanowire (NW)/Copper foam (CF) catalyst for NitRR, achieving a remarkable Faraday efficiency (FE) of 98.8% and a yield of 0.8221 mmol cm −2 h −1 . Operating at −0.2 V versus reversible hydrogen electrode (vs RHE) in an H‐type electrolytic cell, the catalyst demonstrates exceptional stability over 20 h. Additionally, coupling NitRR with an air stripping process enables efficient collection of NH 4 Cl products, offering a practical avenue for converting waste nitrates into valuable ammonia products. In‐depth in situ electrochemistry and density‐functional theory (DFT) calculations affirm the transformation of CuO into Cu/Cu 2 O during the electrocatalytic reduction process. Cu/Cu 2 O catalyzes nitrate conversion to nitrite, while NiMoO 4 , serving as a *H donor, facilitates deoxidation and hydrogenation of other N intermediates on the Cu/Cu 2 O surface, effectively driving the reduction of nitrate to ammonia.
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