Electrocatalytic nitrate-to-ammonia conversion on CoO/CuO nanoarrays using Zn–nitrate batteries

电催化剂 材料科学 电池(电) 催化作用 化学工程 电极 硝酸盐 无机化学 纳米技术 电化学 化学 功率(物理) 物理 有机化学 量子力学 生物化学 物理化学 工程类
作者
Shanshan Chen,Gaocan Qi,Ruilian Yin,Qian Liu,Ligang Feng,Xincai Feng,Guangzhi Hu,Jun Luo,Xijun Liu,Wenxian Liu
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (48): 19577-19585 被引量:69
标识
DOI:10.1039/d3nr05254k
摘要

Zn-NO3- batteries can generate electricity while producing NH3 in an environmentally friendly manner, making them a very promising device. However, the conversion of NO3- to NH3 involves a proton-assisted 8-electron (8e-) transfer process with a high kinetic barrier, requiring high-performance catalysts to realize the potential applications of this technology. Herein, we propose a heterostructured CoO/CuO nanoarray electrocatalyst prepared on a copper foam (CoO/CuO-NA/CF) that can electrocatalytically and efficiently convert NO3- to NH3 at low potential and achieves a maximum NH3 yield of 296.9 μmol h-1 cm-2 and the Faraday efficiency (FE) of 92.9% at the -0.2 V vs. reversible hydrogen electrode (RHE). Impressively, Zn-NO3- battery based on the monolithic CoO/CuO-NA/CF electrode delivers a high NH3 yield of 60.3 μmol h-1 cm-2, FENH3 of 82.0%, and a power density of 4.3 mW cm-2. This study provides a paradigm for heterostructured catalyst preparation for the energy-efficient production of NH3 and simultaneously generating electrical energy.
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