Facile Construction of CuFe‐Based Metal Phosphides for Synergistic NOx−Reduction to NH3 and Zn‐Nitrite Batteries in Electrochemical Cell

催化作用 法拉第效率 电化学 亚硝酸盐 氨生产 阴极 材料科学 密度泛函理论 电极 无机化学 硝酸盐 化学 物理化学 有机化学 计算化学
作者
G. H. Wang,Chuanjun Wang,Xinxin Tian,Qiang Li,Shenjie Liu,Xiuying Zhao,Geoffrey I. N. Waterhouse,Xin Zhao,Xiaoqing Lv,Jing Xu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (24): e2311439-e2311439 被引量:22
标识
DOI:10.1002/smll.202311439
摘要

The electrocatalytic nitrite/nitrate reduction reaction (eNO2RR/eNO3RR) offer a promising route for green ammonia production. The development of low cost, highly selective and long-lasting electrocatalysts for eNO2RR/eNO3RR is challenging. Herein, a method is presented for constructing Cu3P-Fe2P heterostructures on iron foam (CuFe-P/IF) that facilitates the effective conversion of NO2 - and NO3 - to NH3. At -0.1 and -0.2 V versus RHE (reversible hydrogen electrode), CuFe-P/IF achieves a Faradaic efficiency (FE) for NH3 production of 98.36% for eNO2RR and 72% for eNO3RR, while also demonstrating considerable stability across numerous cycles. The superior performance of CuFe-P/IF catalyst is due tothe rich Cu3P-Fe2P heterstuctures. Density functional theory calculations have shed light on the distinct roles that Cu3P and Fe2P play at different stages of the eNO2RR/eNO3RR processes. Fe2P is notably active in the early stages, engaging in the capture of NO2 -/NO3 -, O─H formation, and N─OH scission. Conversely, Cu3P becomes more dominant in the subsequent steps, which involve the formation of N─H bonds, elimination of OH* species, and desorption of the final products. Finally, a primary Zn-NO2 - battery is assembled using CuFe-P/IF as the cathode catalyst, which exhibits a power density of 4.34 mW cm-2 and an impressive NH3 FE of 96.59%.
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