Synergistic Modulation of Intermediate Adsorption and Active Hydrogen Supply Enable Pulsed Nitrate‐to‐Hydroxylamine Electroreduction with Nearly 100% Faradaic Efficiency

羟胺 吸附 催化作用 无机化学 法拉第效率 电合成 化学 选择性 电解 材料科学 制氢 可逆氢电极 化学工程 电极 电化学 有机化学 工作电极 电解质 物理化学 工程类
作者
Youwei Sheng,Hao Chen,Junfeng Geng,Hongjie Yu,Kai Deng,Ziqiang Wang,Hongjing Wang,Liang Wang,You Xu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202509213
摘要

Electrochemical hydroxylamine (NH2OH) synthesis from NOx under ambient conditions presents a sustainable alternative to energy‐intensive industrial methods, but its selectivity remains limited by unbalanced active hydrogen (H*) supply and intermediate adsorption. Herein, we develop boron‐doped amorphous Bi metallene arrays for efficient nitrate‐to‐NH2OH electroreduction. In situ spectroscopy and theoretical calculations reveal that the amorphous structure and B‐induced p‐sp orbital hybridization modulate the electronic structure, optimizing intermediate adsorption while enhancing H* generation. These synergistic effects collectively reduce the energy barrier of the potential‐determining step, significantly improving catalytic activity and selectivity. The catalyst achieves an NH₂OH Faradaic efficiency (FE) of 85.3% at −0.4 V vs. reversible hydrogen electrode (RHE). By employing a pulsed potential strategy, the FE further increases to nearly 100%, surpassing most reported counterparts. This work not only proposes a novel catalyst design leveraging amorphous engineering and orbital hybridization but also demonstrates the efficacy of pulsed electrolysis in steering reaction pathways for electrosynthesis.
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