Improving Electrocatalytic Nitrogen Reduction Selectivity and Yield by Suppressing Hydrogen Evolution Reaction via Electronic Metal–Support Interaction

法拉第效率 电催化剂 产量(工程) 电化学 可逆氢电极 选择性 氧化还原 质子化 金属 吸附 氮气 无机化学 材料科学 化学 电极 催化作用 物理化学 有机化学 工作电极 离子 冶金
作者
Mingsen Xie,Fangfang Dai,Huixia Guo,Peiyao Du,Xinru Xu,Jia Liu,Zhen Zhang,Xiaoquan Lu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (21) 被引量:69
标识
DOI:10.1002/aenm.202203032
摘要

Abstract The electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR) has the potential to replace the Haber–Bosch process for ammonia synthesis under ambient conditions. However, the selectivity and yield of the NRR are impractical, owing to the preferential binding of the electrocatalyst to H and the consequential coverage of active sites. In this study, VO 2 , with N 2 strongly adsorbed over H atoms, is used as a support to provide a N 2 source to avoid the hydrogen evolution reaction. Mo, with a high NRR activity, is introduced as the active site to promote the NRR. Meanwhile, the electronic metal–support interaction between the support and Mo creates electron‐deficient sites, which weakens H adsorption and lowers the energy barrier of the first step, protonation, thereby kinetically enhancing the NRR activity. The average NH 3 yield of Mo/VO 2 is 190.1 µg NH 3 mg cat. −1 h −1 and the Faradaic efficiency is 32.4% at −0.5 V versus reversible hydrogen electrode, which is 10.8 and 2.8 times greater than that of VO 2 , respectively.
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