Bi1‐CuCo2O4 Hollow Carbon Nanofibers Boosts NH3 Production from Electrocatalytic Nitrate Reduction

材料科学 催化作用 硝酸盐 碳纤维 法拉第效率 交换电流密度 产量(工程) 电催化剂 无机化学 化学工程 复合材料 物理化学 电化学 电极 有机化学 塔菲尔方程 化学 冶金 复合数 工程类
作者
Hexing Lin,Jinshan Wei,Ying Guo,Yi Li,Xihui Lu,Chucheng Zhou,Shaoqing Liu,Ya‐yun Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202409696
摘要

Abstract Ammonia, as a high‐energy‐density carrier for hydrogen storage, is in great demand worldwide. Electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO 3 RR) provides a green NH 3 production process. However, the complex reaction pathways for NO 3 RR to NH 3 and the difficulty in controlling intermediate products limit the reduction process. Herein, by incorporating atomic‐level bismuth (Bi) into CuCo 2 O 4 hollow carbon nanofibers, the catalytic activity of the electrocatalyst for NO 3 RR is enhanced. The maximum Faradaic efficiency of Bi 1 ‐CuCo 2 O 4 is 95.53%, with an NH 3 yield of 448.74 µmol h −1 cm −2 at −0.8 V versus RHE. Density Functional Theory calculations show that the presence of Bi lowers the reaction barrier for the hydrogenation step from *NO 2 to *NO 2 H, while promoting mass transfer on the release of *NH 3 and the reactivation of surface‐active sites. Differential charge density calculations also show that after Bi doping, the charge supplied by the catalyst to NO 3 − increases from 0.62 to 0.72 e ‐ , thus reasoned for enhanced NO 3 RR activity. The established nitrate‐Zn battery shows an energy density of 2.81 mW cm −2 , thus implying the potential application.
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