Prussian Blue Derived High‐Entropy Alloy Catalysts for Enhanced Electrochemical Nitrate Reduction to Ammonia

普鲁士蓝 材料科学 合金 硝酸盐 氨生产 电化学 催化作用 无机化学 选择性催化还原 化学工程 冶金 物理化学 电极 有机化学 化学 工程类
作者
Weiye Qiu,Ying Guo,Xian‐Zhu Fu,Jing‐Li Luo
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202415970
摘要

Abstract Electrochemical nitrate reduction (NO 3 RR) to ammonia is a promising method for treating nitrate pollutant and potentially replacing the Haber‐Bosch process for ammonia production. High‐entropy nanoalloys (HEAs) show significant potential in catalyzing NO₃RR due to their compositional diversity, which results in a unique “cocktail” effect beneficial for the multistep NO 3 RR process. Herein, a high‐entropy alloy catalyst consisting of Co, Ni, Cu, Mn, and Fe elements is prepared through the pyrolysis of a high‐entropy Prussian blue precursor. After optimizing the elemental proportions, the Fe HEA catalyst exhibits exceptional NO 3 RR activity with an NH 3 Faradaic efficiency (FE) of 92% and a yield rate of 3.25 mg h −1 cm −2 . Moreover, the electrochemical hydrazine oxidation reaction (HzOR) is applied to construct a NO 3 RR‐H Z OR flow cell. This cell system not only produces NH 3 , but also generates electricity, achieving a peak power density of 1.32 mW cm −2 . Theoretical investigations show that the excellent performance of HEA can be attributed to the “cocktail” effect induced by multi‐element composition, which results in a lower work function and a negative shifting of the d band center, thus favoring the charge transfer and hydrogenation process of NO 3 RR. This work highlights the remarkable potential of HEAs for multistep chemical production and expands their applications in energy conversion and electrosynthesis.
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