Boron‐Doped Ti3C2Tx MXene for Effective and Durable High‐Current‐Density Ammonia Synthesis

材料科学 催化作用 选择性 掺杂剂 电流密度 氨生产 产量(工程) 亚硝酸盐 无机化学 功率密度 电化学 兴奋剂 化学工程 硝酸盐 电极 化学 物理化学 有机化学 物理 光电子学 量子力学 工程类 功率(物理) 冶金
作者
Xia Luo,Yeyu Wu,Huihui Hu,Tianran Wei,Baoshan Wu,Junyang Ding,Qian Liu,Jun Luo,Xijun Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (45) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/smll.202403399
摘要

Abstract Ammonia (NH 3 ) synthesis via the nitrate reduction reaction (NO 3 RR) offers a competitive strategy for nitrogen cycling and carbon neutrality; however, this is hindered by the poor NO 3 RR performance under high current density. Herein, it is shown that boron‐doped Ti 3 C 2 T x MXene nanosheets can highly efficiently catalyze the conversion of NO 3 RR‐to‐NH 3 at ambient conditions, showing a maximal NH 3 Faradic efficiency of 91% with a peak yield rate of 26.2 mgh −1 mg cat. −1 , and robust durability over ten consecutive cycles, all of them are comparable to the best‐reported results and exceed those of pristine Ti 3 C 2 T x MXene. More importantly, when tested in a flow cell, the designed catalyst delivers a current density of ‒1000 mA cm −2 at a low potential of ‒1.18 V versus the reversible hydrogen electrode and maintains a high NH 3 selectivity over a wide current density range. Besides, a Zn–nitrate battery with the catalyst as the cathode is assembled, which achieves a power density of 5.24 mW cm −2 and a yield rate of 1.15 mgh −1 mg cat. −1 . Theoretical simulations further demonstrate that the boron dopants can optimize the adsorption and activation of NO 3 RR intermediates, and reduce the potential‐determining step barrier, thus leading to an enhanced NH 3 selectivity.
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