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

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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 [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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