Plasma-Assisted Surface Nitridation of Proton Intercalatable WO3 for Efficient Electrocatalytic Ammonia Synthesis

氨生产 质子 催化作用 无机化学 等离子体 材料科学 化学 化学工程 物理 有机化学 量子力学 工程类
作者
Z. Y. Zhang,Christopher Kondratowicz,Jacob Smith,Pavel Kucheryavy,Junjie Ouyang,Yijie Xu,Elizabeth Desmet,Sophia Kurdziel,Enhui Tang,Micheal Adeleke,Aditya Lele,John Mark P. Martirez,Miaofang Chi,Yiguang Ju,Huixin He
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (7): 3349-3358 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c01034
摘要

Electrocatalytic nitrogen reduction (eNRR) offers a green pathway for the production of NH3 from N2 and H2O under ambient conditions. Transition metal oxynitrides (TMO x N y ) are among the most promising catalysts but face challenges in achieving a high yield and faradaic efficiency (FE). This work develops a hybrid WO x N y /WO3 catalyst with a unique heterogeneous interfacial complexion (HIC) structure. This design enables in situ generation and delivery of highly active hydrogen atoms (H*) in acidic electrolytes, promoting nitrogen hydrogenation and the formation of nitrogen vacancies (Nv) on the WO x N y surface. This significantly enhances the selectivity of eNRR for NH3 synthesis while suppressing the hydrogen evolution reaction (HER). A simple two-step fabrication processmicrowave hydrothermal growth followed by plasma-assisted surface nitridationwas developed to fabricate the designed catalyst electrode, achieving an NH3 yield of 3.2 × 10-10 mol·cm-2·s-1 with 40.1% FE, outperforming most TMN/TMO x N y electrocatalysts. Multiple control experiments confirm that the eNRR follows an HIC-enhanced Mars-van Krevelen (MvK) mechanism.
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