Pulsed Laser‐Twisted Spinel‐to‐Rocksalt High‐Entropy 3 d ‐Metal Oxides for Selective Ammonia Electrosynthesis

材料科学 尖晶石 法拉第效率 拉曼光谱 电化学 氨生产 氧化物 无机化学 化学工程 分析化学(期刊) 化学 电极 物理化学 冶金 环境化学 光学 工程类 物理 有机化学
作者
Akash Prabhu Sundar Rajan,Jayaraman Theerthagiri,Wanwisa Limphirat,Anuj Kumar,Raja Arumugam Senthil,Myong Yong Choi
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (38): e2504457-e2504457 被引量:6
标识
DOI:10.1002/smll.202504457
摘要

Abstract The electrochemical synthesis of ammonia (NH 3 ) via the nitrate reduction reaction (eNO 3 RR) intends an efficient replacement to the Haber–Bosch technique, operating under ambient conditions. Nitrate‐based voltaic cells present a multifunctional system by simultaneously removing wastewater pollutants, producing NH 3 , and generating energy. Herein, high‐entropy spinel oxide (HE‐SPO) derived from divalent (Mn, Fe, Co, Ni, and Cu) 3 d transition metals are transformed into single‐phase (MnFeCoNiCu)O high‐entropy rock‐salt oxides (HE‐RSO) via pulsed laser irradiation in liquids, achieving high‐entropy phase twisting with structural stabilization. The HE‐RSO electrocatalyst demonstrated exceptional eNO 3 RR‐to‐NH 3 conversion, with an NH 3 production rate of 15.34 mg h −1 cm −2 at −0.4 V versus RHE and a Faradaic efficiency of 92%. In situ Raman spectroscopy revealed Co and Cu as dual‐active sites, facilitating the N‐end mechanism for eNO 3 RR, which is further validated via density functional theory calculations. Leveraging this high‐efficiency eNO 3 RR‐to‐NH 3 system, the HE‐RSO catalyst is integrated into a Zn–nitrate battery, reaching a high output voltage of 1.22 V and a power density of 1.75 mW cm −2 . This study highlights the pulsed laser process as a new avenue for high‐entropy structural stabilization and underscores the potential of HE‐RSO for sustainable NH 3 production and integrated energy applications.
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