Nitrogen‐bridged Fe‐Cu Atomic Pair Sites for Efficient Electrochemical Ammonia Production and Electricity Generation with Zn‐NO2 Batteries

法拉第效率 催化作用 氨生产 原电池 电化学 亚硝酸盐 化学 Atom(片上系统) 氮气 产量(工程) 材料科学 无机化学 冶金 物理化学 电极 有机化学 计算机科学 硝酸盐 嵌入式系统
作者
Zenghui Bi,Jiao Hu,Ming Xu,Hua Zhang,Yingtang Zhou,Guangzhi Hu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (2) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/anie.202313434
摘要

Abstract The development of environmentally sustainable and highly efficient technologies for ammonia production is crucial for the future advancement of carbon‐neutral energy systems. The nitrite reduction reaction (NO 2 RR) for generating NH 3 is a promising alternative to the low‐efficiency nitrogen reduction reaction (NRR), owing to the low N=O bond energy and high solubility of nitrite. In this study, we designed a highly efficient dual‐atom catalyst with Fe‐Cu atomic pair sites (termed FeCu DAC), and the as‐developed FeCu DAC was able to afford a remarkable NH 3 yield of 24,526 μg h −1 mg cat. −1 at −0.6 V, with a Faradaic Efficiency (FE) for NH 3 production of 99.88 %. The FeCu DAC also exhibited exceptional catalytic activity and selectivity in a Zn‐NO 2 battery, achieving a record‐breaking power density of 23.6 mW cm −2 and maximum NH 3 FE of 92.23 % at 20 mA cm −2 . Theoretical simulation demonstrated that the incorporation of the Cu atom changed the energy of the Fe 3d orbital and lowered the energy barrier, thereby accelerating the NO 2 RR. This study not only demonstrates the potential of galvanic nitrite‐based cells for expanding the field of Zn‐based batteries, but also provides fundamental interpretation for the synergistic effect in highly dispersed dual‐atom catalysts.
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