Efficient Electrochemical N2 Fixation over Donor–Acceptor FeEu─N4 Active Site

法拉第效率 氨生产 催化作用 电化学 电子转移 氧化还原 产量(工程) 化学 无机化学 材料科学 纳米技术 光化学 物理化学 电极 有机化学 冶金
作者
Zhiya Han,Shiyu Zhang,Yiting Xu,Na He,Jack Yang,Shuqi Wang,Hai Ni,W. Xie,Fengyuan Wang,Chao Li,Liping Tong,Wenda Li,Boxu Feng,Senhe Huang,Gaijuan Guo,Sheng Han,Miaosen Yang,Shaohua Liu
出处
期刊:Small methods [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smtd.202500828
摘要

Abstract Electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) represents a promising approach to sustainable ammonia production, but the low Faradaic efficiency (FE) and poor ammonia yield rate limit its practical application. This work demonstrates an innovative FeEu─NC catalyst that leverages distinct donor–acceptor electron pairs between Fe and Eu atoms to significantly enhance the electrocatalytic NRR. The FeEu─NC catalyst demonstrates an outstanding ammonia yield of 221.6 µg h −1 mg cat −1 and a Faradaic efficiency of 61.1%, surpassing most previously reported NRR catalysts. Comprehensive experimental characterization indicates that electron transfer from Eu to Fe atoms weakens the N≡N bond, enhances N 2 activation, and reduces the energy barrier of the potential‐determining step, compared to Fe─NC. Furthermore, the difference in limiting potentials between the hydrogen evolution reaction (HER) and NRR suggests that the FeEu─NC catalyst prioritizes NRR over HER, enhancing its efficiency for ammonia synthesis. This work provides a blueprint for constructing highly active and selective electrocatalysts by exploiting intermetallic electron transfer, offering significant insights into the design of efficient electrochemical nitrogen fixation systems.
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