A Bifunctional Catalyst for Green Ammonia Synthesis from Ubiquitous Air and Water

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作者
Rui Gao,Tianyi Dai,Zhe Meng,X. F. Sun,Dongxue Liu,Miaomiao Shi,Hong‐Rui Li,Kang Xia,Bo Bi,Yu‐Tian Zhang,Tongwen Xu,Jun‐Min Yan,Qing Jiang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (41) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adma.202303455
摘要

Ammonia (NH3 ) is essential for modern agriculture and industry, and, due to its high hydrogen density and no carbon emission, it is also expected to be the next-generation of "clean" energy carrier. Herein, directly from air and water, a plasma-electrocatalytic reaction system for NH3 production, which combines two steps of plasma-air-to-NOx- and electrochemical NOx- reduction reaction (eNOx RR) with a bifunctional catalyst, is successfully established. Especially, the bifunctional catalyst of CuCo2 O4 /Ni can simultaneously promote plasma-air-to-NOx- and eNOx RR processes. The easy adsorption and activation of O2 by CuCo2 O4 /Ni greatly improve the NOx- production rate at the first step. Further, CuCo2 O4 /Ni can also resolve the overbonding of the key intermediate of * NO, and thus reduce the energy barrier of the second step of eNOx RR. Finally, the "green" NH3 production achieves excellent FENH3 (96.8%) and record-high NH3 yield rate of 145.8 mg h-1 cm-2 with large partial current density (1384.7 mA cm-2 ). Moreover, an enlarged self-made H-type electrolyzer improves the NH3 yield to 3.6 g h-1 , and the obtained NH3 is then rapidly converted to a solid of magnesium ammonium phosphate hexahydrate, which favors the easy storage and transportation of NH3 .
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