Electrooxidation of Hydrazine Utilizing High-Entropy Alloys: Assisting the Oxygen Evolution Reaction at the Thermodynamic Voltage

析氧 催化作用 化学 氧气 联氨(抗抑郁剂) 电化学 无机化学 化学工程 热力学 电极 物理化学 有机化学 色谱法 物理 工程类
作者
Nirmal Kumar Katiyar,Shikha Dhakar,Arko Parui,Pooja Gakhad,Abhishek K. Singh,Krishanu Biswas,Chandra Sekhar Tiwary,Sudhanshu Sharma
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:11 (22): 14000-14007 被引量:74
标识
DOI:10.1021/acscatal.1c03571
摘要

Hydrazine electrooxidation is an important reaction as it assists in decreasing the OER overvoltage. Herein, we report the utilization of a high-entropy nanocatalyst alloy for the electrooxidation of hydrazine. The high-entropy nanocatalyst comprising five elements (Ag, Au, Pt, Pd, Cu) shows profound activity toward this molecule at a low overvoltage. An intriguingly high-entropy nanocatalyst prepared by the casting-cum-cryomilling method is endowed with the unique catalytic activity for the HzOR. A detailed analysis of gaseous product points to the formation of nitrogen as well as oxygen as the oxidation product, a sign of accompanying the oxygen evolution reaction (OER). Interestingly, a significant amount of oxygen is detected at 1.13 V (reversible hydrogen electrode (RHE)) in a neutral buffered medium, confirming that the OER is functional at a voltage near the thermodynamic voltage of 1.23 V (RHE). The quantitative contribution of each hydrazine and OER is ascertained, which explains a vital insight into this reaction. Density functional theory calculations showed that both HzOR and OER assist each other where the electron-donating effect of H2O to the surface can reduce the endothermicity of the HzOR. However, the electron acceptance of *NHNH2 helps in a favorable overlap of the HEA Fermi level and vacant states with the HOMO of H2O.

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