Electrochemical Nitrate Reduction to Ammonia on AuCu Single‐Atom Alloy Aerogels under Wide Potential Window

催化作用 氨生产 硝酸盐 电化学 化学 亚硝酸盐 无机化学 法拉第效率 材料科学 化学工程 电极 物理化学 有机化学 工程类
作者
Jidong Yu,Rui‐Ting Gao,Xiaotian Guo,Nhat Truong Nguyen,Limin Wu,Lei Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (4): e202415975-e202415975 被引量:66
标识
DOI:10.1002/anie.202415975
摘要

Electrocatalytic nitrate reduction to ammonia (NO3RR) is very attractive for nitrate removal and ammonia production in industrial processes. However, the nitrate reduction reaction is characterized by intense hydrogen competition at strong reduction potentials, which greatly limits the Faraday efficiency at strong reduction potentials. Herein, we reported an AuxCu single-atom alloy aerogels (AuxCu SAAs) with three-dimensional network structure with significant nitrate reduction performance of Faraday efficiency (FE) higher than 90 % over a wide potential range (0 ~ -1 V RHE). The FE of the catalyst was close to 100 % at a high reduction potential of -0.8 VRHE, accompanying with NH3 yield reaching 6.21 mmol h1 cm2. More importantly, the catalyst maintained a long-term operation over 400 h at 400 mA cm2 for the NO3RR using a continuous flow system in a H-cell. Experimental and theoretical analysis demonstrate that the catalyst can lower the energy barrier for the hydrogenation reaction of *NO2, leading to a rapid consumption of the generated *H, facilitate the hydrogenation process of NO3RR, and inhibit the competitive HER at high overpotentials, which efficiently promotes the nitrate reduction reaction, especially in industrial applications.
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