Synergy of Bi2O3 and RuO2 Nanocatalysts for Low‐Overpotential and Wide pH‐Window Electrochemical Ammonia Synthesis

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作者
Qiaoling Wu,Bing Yu,Zizhao Deng,Tianyan Li,Hui Li,Baohua Jia,Peng Li,Wenping Sun,Xi‐Ming Song,Ying Sun,Tianyi Ma
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:27 (69): 17395-17401 被引量:9
标识
DOI:10.1002/chem.202103143
摘要

Abstract Electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) under ambient conditions is still seriously impeded by the inferior NH 3 yield and low Faradaic efficiency, especially at low overpotentials. Herein, we report the synthesis of nano‐sized RuO 2 and Bi 2 O 3 particles grown on functionalized exfoliated graphene (FEG) through in situ electrodeposition, denoted as RuO 2 −Bi 2 O 3 /FEG. The prepared self‐supporting RuO 2 −Bi 2 O 3 /FEG hybrid with a Bi mass loading of 0.70 wt% and Ru mass loading of 0.04 wt% shows excellent NRR performance at low overpotentials in acidic, neutral and alkaline electrolytes. It achieves a large NH 3 yield of 4.58±0.16 μg NH3 h −1 cm −2 with a high Faradaic efficiency of 14.6 % at −0.2 V versus reversible hydrogen electrode in 0.1 M Na 2 SO 4 electrolyte. This performance benefits from the synergistic effect between Bi 2 O 3 and RuO 2 which respectively have a fairly strong interaction of Bi 6p orbitals with the N 2p band and abundant supply of *H, as well as the binder‐free characteristic and the convenient electron transfer via graphene nanosheets. This work highlights a new electrocatalyst design strategy that combines transition and main‐group metal elements, which may provide some inspirations for designing low‐cost and high‐performance NRR electrocatalysts in the future.
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