Liquid Metal Dynamic Interface Enabled Reverse Hydrogen Spillover Boosting Electrocatalytic Nitrate Reduction

溢出效应 氢溢流 材料科学 电化学 金属 电子转移 离解(化学) 法拉第效率 化学工程 吸附 电极 化学 无机化学 电子传输链 电解水 过渡金属 工作(物理)
作者
Wenda Chen,Wei Zeng,Zanyu Chen,Yixiao Zou,Chen Zhang,Shenghua Ye,Jia Ding,Xiaopeng Han,Wenbin Hu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (4): e202516997-e202516997 被引量:3
标识
DOI:10.1002/anie.202516997
摘要

Electrochemical nitrate reduction (NO3 -RR) to ammonia involves intricate and sluggish proton-coupled electron transfer (PCET) pathways, the active hydrogen (H*) flux regulation are crucial for its efficiency. Here, we demonstrate a liquid metal-based catalyst, Co@Ga, featuring a dynamic liquid Ga core-solid Co shell interface under operando conditions. This unique architecture enables an unprecedented reverse hydrogen spillover mechanism, where H* generated via facile water dissociation on liquid Ga support spontaneously migrates to adjacent metallic Co for efficient hydrogenation of adsorbed nitrate/intermediates. Moreover, the strong electron donation from Ga to Co also accelerates the rate-determining NO3 - → NO2 - step through a three-step relay mechanism. Consequently, the synergy of these effects endows Co@Ga with exceptional NO3 -RR performance, achieving an ultra-high NH3 yield rate of 51 mol h-1 gCo -1, Faraday efficiency of 94.5% at -0.3 V versus RHE, and outstanding stability over 400 h at 1 A cm-2 in a membrane electrode. This work presents the concept of dynamic liquid-solid-liquid interfaces for reversing conventional hydrogen spillover, offering a universal strategy to regulate multi-proton/electron transfers in complex electrocatalytic reactions.
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