Boosting Ammonia Oxidation Kinetics via Amorphous Structural Engineering and Cu Incorporation in Ni-Based Catalysts

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作者
Ji Hee Jang,Jeehye Kim,Youn Jeong Jang
出处
期刊:Meeting abstracts [Institute of Physics]
卷期号:MA2025-02 (62): 3494-3494
标识
DOI:10.1149/ma2025-02623494mtgabs
摘要

The electrochemical ammonia oxidation reaction (AOR) has attracted increasing attention as a sustainable anodic reaction for hydrogen production, owing to its lower theoretical potential compared to the oxygen evolution reaction. Despite this thermodynamic advantage, the multi-electron nature of AOR leads to sluggish kinetics, resulting in the need for highly active electrocatalyst. Under alkaline conditions, Ni catalysts are electrochemically converted to NiOOH, which provides a suitable electronic structure to facilitate ammonia adsorption and dehydrogenation, making Ni a promising catalyst for AOR. Nonetheless, their intrinsically low activity still needs further structural and compositional modification. In this work, amorphous NiCu hydroxide catalysts were synthesized via a facile precipitation–metal nitrate deposition method. The amorphous structure provides a high density of coordinatively unsaturated sites, enhancing reactant accessibility, while the incorporation of Cu stabilizes Ni³⁺ species and promotes active site regeneration. As a result, the optimized NiCu 5:1 catalyst achieved nearly complete ammonia removal efficiency (~100 %), with an ammonia removal rate of 691.7 μmol∙h -1 ∙cm -2 and accelerated the paired hydrogen evolution on a Pt cathode, yielding a hydrogen production rate of 2.45 mmol∙h -1 ∙cm -2 . These findings demonstrate that combining amorphous structural engineering with compositional modification can effectively overcome the intrinsic kinetic limitations of Ni-based catalysts, thereby accelerating AOR and consequently enhancing the paired HER, contributing to sustainable hydrogen production.

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