Tuning Active Hydrogen on Reconstructed RuO2/Co(OH)2 Catalysts for Selective Ammonia Synthesis

氨生产 催化作用 法拉第效率 电化学 电解质 离解(化学) 材料科学 可逆氢电极 无机化学 反应中间体 化学 电极 有机化学 物理化学 工作电极
作者
Anquan Zhu,Heng Liu,Lulu Qiao,Bin Liu,Kunlun Liu,Chuhao Luan,Kai Liu,Yin Zhou,Dewu Lin,Guoqiang Gan,Jiapei Li,Hong Guo,Wenjun Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e15346-e15346
标识
DOI:10.1002/adma.202515346
摘要

Abstract The electrochemical nitrate reduction reaction (eNO 3 RR) is widely recognized as a promising strategy for sustainable ammonia production and supporting the nitrogen cycle. However, its advancement is impeded by complex behavior of reaction intermediates and the inevitable reconstruction of precatalysts. To address these challenges, the generation and utilization of active hydrogen (*H) are strategically managed by tailoring the RuO 2 /Co 3 O 4 precatalyst and optimizing the electrolyte composition (OH − and NO 3 − concentration), thereby selectively enhancing ammonia formation. Consequently, the in situ reconstructed RuO 2 /Co(OH) 2 catalyst achieves an impressive ammonia yield of 35.9 ± 0.9 mg h −1 cm −2 and a Faradaic efficiency (FE) of 98.1 ± 2.6% at −0.3 V versus RHE. Furthermore, the catalyst shows significant potential for applications in nitrate‐rich wastewater treatment and rechargeable Zn‐NO 3 − batteries, maintaining stable operation for over 260 hours at 1 mA cm −2 with only a 6 mV increase in the potential window. Mechanistic studies reveal that electron‐rich RuO 2 facilitates *H generation through water dissociation, which subsequently migrates to Co(OH) 2 to hydrogenate nitrogenous intermediates, selectively producing ammonia. This study highlights the importance of designing efficient catalytic systems that address both precatalyst reconstruction and the complexities of reactant and intermediate conversion in electrolytes, which are essential for managing the intricate electron and proton transfer processes involved in eNO 3 RR.
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