Fe Foam-Supported FeS2–MoS2 Electrocatalyst for N2 Reduction under Ambient Conditions

电催化剂 材料科学 双金属片 法拉第效率 介孔材料 电化学 可逆氢电极 催化作用 氧化还原 化学工程 电极 硫脲 纳米技术 工作电极 有机化学 化学 冶金 物理化学 金属 工程类
作者
Mengle Yang,Zhongxin Jin,Chenglong Wang,Xixian Cao,Xinming Wang,Huiyuan Ma,Haijun Pang,Lichao Tan,Guixin Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (46): 55040-55050 被引量:52
标识
DOI:10.1021/acsami.1c16284
摘要

Highly efficient catalysts with enough selectivity and stability are essential for electrochemical nitrogen reduction reaction (e-NRR) that has been considered as a green and sustainable route for synthesis of NH3. In this work, a series of three-dimensional (3D) porous iron foam (abbreviated as IF) self-supported FeS2-MoS2 bimetallic hybrid materials, denoted as FeS2-MoS2@IFx, x = 100, 200, 300, and 400, were designed and synthesized and then directly used as the electrode for the NRR. Interestingly, the IF serving as a slow-releasing iron source together with polyoxomolybdates (NH4)6Mo7O24·4H2O as a Mo source were sulfurized in the presence of thiourea to form self-supported FeS2-MoS2 on IF (abbreviated as FeS2-MoS2@IF200) as an efficient electrocatalyst. Further material characterizations of FeS2-MoS2@IF200 show that flower cluster-like FeS2-MoS2 grows on the 3D skeleton of IF, consisting of interconnected and staggered nanosheets with mesoporous structures. The unique 3D porous structure of FeS2-MoS2@IF together with synergy and interface interactions of bimetallic sulfides would make FeS2-MoS2@IF possess favorable electron transfer tunnels and expose abundant intrinsic active sites in the e-NRR. It is confirmed that synthesized FeS2-MoS2@IF200 shows a remarkable NH3 production rate of 7.1 ×10-10 mol s-1 cm-2 at -0.5 V versus the reversible hydrogen electrode (vs RHE) and an optimal faradaic efficiency of 4.6% at -0.3 V (vs RHE) with outstanding electrochemical and structural stability.
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