Boosting electrosynthesis of ammonia on surface-engineered MXene Ti3C2

法拉第效率 电合成 材料科学 催化作用 电化学 氨生产 产量(工程) 化学工程 表面改性 吸附 氧化还原 电子转移 无机化学 纳米技术 光化学 电极 有机化学 物理化学 冶金 工程类 化学
作者
Jiexiang Xia,Shize Yang,Bin Wang,Peiwen Wu,Ilja Popovs,Huaming Li,Stephan Irle,Sheng Dai,Huiyuan Zhu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:72: 104681-104681 被引量:109
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104681
摘要

Seeking a breakthrough in the development of efficient nitrogen fixation catalysts has become the frontier of energy and chemical conversion schemes. Here, we report that the MXene Ti3C2 can serve as a promising catalyst for the electrochemical N2 reduction reaction (NRR) under ambient conditions. The electrocatalytic performance of Ti3C2 can be further optimized through surface engineering. Specifically, Ti3C2 with the increased surface hydroxyl moieties demonstrates enhanced production of NH3 with a yield rate of 1.71 μg h−1 cm−2, a Faradaic efficiency of 7.01% at −0.2 V vs. RHE at 20 °C and an even higher yield rate of 12.46 μg h−1 cm−2 together with a Faradaic efficiency of 9.03% at −0.2 V vs. RHE at 60 °C. The detailed electrochemical analysis suggests that the surface hydroxyl modification can effectively facilitate the electron transfer, surface adsorption and activation of dinitrogen. Our work sheds light on the development of efficient NRR catalysts based on earth-abundant elements.
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