Atomic coordination environment engineering of bimetallic alloy nanostructures for efficient ammonia electrosynthesis from nitrate

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作者
Yunhao Wang,Mingzi Sun,Jingwen Zhou,Yuecheng Xiong,Qinghua Zhang,Chenliang Ye,Xixi Wang,Pengyi Lu,Tianyi Feng,Fengkun Hao,Fu Liu,Juan Wang,Yangbo Ma,Jinwen Yin,Shengqi Chu,Lin Gu,Bolong Huang,Zhanxi Fan
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (32) 被引量:130
标识
DOI:10.1073/pnas.2306461120
摘要

Electrochemical nitrate reduction reaction (NO 3 RR) to ammonia has been regarded as a promising strategy to balance the global nitrogen cycle. However, it still suffers from poor Faradaic efficiency (FE) and limited yield rate for ammonia production on heterogeneous electrocatalysts, especially in neutral solutions. Herein, we report one-pot synthesis of ultrathin nanosheet-assembled RuFe nanoflowers with low-coordinated Ru sites to enhance NO 3 RR performances in neutral electrolyte. Significantly, RuFe nanoflowers exhibit outstanding ammonia FE of 92.9% and yield rate of 38.68 mg h −1 mg cat −1 (64.47 mg h −1 mg Ru −1 ) at −0.30 and −0.65 V (vs. reversible hydrogen electrode), respectively. Experimental studies and theoretical calculations reveal that RuFe nanoflowers with low-coordinated Ru sites are highly electroactive with an increased d-band center to guarantee efficient electron transfer, leading to low energy barriers of nitrate reduction. The demonstration of rechargeable zinc-nitrate batteries with large-specific capacity using RuFe nanoflowers indicates their great potential in next-generation electrochemical energy systems.
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