Highly exfoliated NiPS3 nanosheets as efficient electrocatalyst for high yield ammonia production

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作者
Balaraman Vedhanarayanan,Cheng‐chau Chiu,Jakub Regner,Zdeněk Sofer,K. C. Seetha Lakshmi,Jeng‐Yu Lin,Tsung‐Wu Lin
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:430: 132649-132649 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.132649
摘要

The development of electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) at ambient conditions as an alternative to traditional high-temperature ammonia synthesis is a vibrant research topic due to the potential to significantly reduce the energy consumption required for the production of ammonia. Several noble metal-based materials have already been identified as highly active electrocatalysts for this purpose. However, the development of non-precious metal-based electrocatalysts is necessary for realizing cost-effective ammonia synthesis at large scales. This work has explored the potential of the less exploited transition metal phosphorus trichalcogenide NiPS3 as an NRR electrocatalyst. Excellent NRR activities have been achieved by exfoliating bulk NiPS3 into bi- or tri-layered nanosheets. The NH3 yield attained using exfoliated NiPS3 is 118 μg h−1 mgcat-1 with a Faraday efficiency of > 17 % at an applied potential of −0.4 V vs RHE. The NRR performance of exfoliated NiPS3 in terms of NH3 yield surpasses many non-noble metal-based catalysts reported in the literature. Further, it also exhibited a stable NRR activity of > 90% even after several repetitive cycles. Plane-wave DFT calculations at the GGA + U level have been used to investigate the reaction pathways. It could be shown that the NNR follows an associative mechanism, with the very first hydrogenation step being the potential determining step.
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