Boron nitride quantum dots coupled with CoP nanosheet arrays grown on carbon cloth for efficient nitrogen reduction reaction

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作者
Jing Teng,Xi Qin,Wenyao Guo,Xiaohong Song,Shuning Xiao,Yulin Min,Yiting Peng,Jinchen Fan
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:440: 135853-135853 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135853
摘要

As a promising alternative technology to the Haber-Bosch process for industrial-scale NH3 production, Electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR) is considered a sustainable and environmentally-benign alternative N2-to-NH3 conversion. Although low-cost cobalt phosphide (CoP) is a potential efficient NRR electrocatalyst, the relatively low activation capability of the N≡N triple bond significantly limits the further improvement of the electrocatalytic activity. Herein, the boron nitride quantum dots (BN QDs) are densely assembled on the surfaces of CoP nanosheets array/carbon cloth (CC) to enhance the electrocatalytic NRR performance. The results demonstrate that the BN [email protected]/CC delivers a high NH3 yield rate of 5.39 × 10−10 mol s−1cm−2 at the potential of −0.40 V (vs. RHE) and high faradaic efficiency (FE) of 10.34% at the potential of −0.35 V (vs. RHE) in 0.1 M Na2SO4 electrolyte. The combination of BN QDs and CoP significantly inhibited competitive HER process. Also, the BN [email protected]/CC shows good durability with a high yield rate of NH3 and FE within the recycling test 7 times. Density functional theory calculations reveal that the N2 molecules prefer to be adsorbed on the edge-B sites of BN QDs which provide additional abundant surface-active sites. More importantly, the electron enrichment on the edge-B atoms improves their electron-donating ability to activate stable N≡N bonds, for which the BN [email protected]/CC performs better NRR activity and selectivity.

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