Enabled Efficient Ammonia Synthesis and Energy Supply in a Zinc–Nitrate Battery System by Separating Nitrate Reduction Process into Two Stages

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作者
Haifeng Jiang,Gao‐Feng Chen,Aleksandr Savateev,Jian Xue,Liang‐Xin Ding,Zhenxing Liang,Markus Antonietti,Haihui Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (13) 被引量:179
标识
DOI:10.1002/anie.202218717
摘要

The aqueous electrocatalytic reduction of NO3- into NH3 (NitrRR) presents a sustainable route applicable to NH3 production and potentially energy storage. However, the NitrRR involves a directly eight-electron transfer process generally required a large overpotential (<-0.2 V versus reversible hydrogen electrode (vs. RHE)) to reach optimal efficiency. Here, inspired by biological nitrate respiration, the NitrRR was separated into two stages along a [2+6]-electron pathway to alleviate the kinetic barrier. The system employed a Cu nanowire catalyst produces NO2- and NH3 with current efficiencies of 91.5 % and 100 %, respectively at lower overpotentials (>+0.1 vs. RHE). The high efficiency for such a reduction process was further explored in a zinc-nitrate battery. This battery could be specified by a high output voltage of 0.70 V, an average energy density of 566.7 Wh L-1 at 10 mA cm-2 and a power density of 14.1 mW cm-2 , which is well beyond all previously reported similar concepts.
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