A robust metal-free electrocatalyst for nitrate reduction reaction to synthesize ammonia

电催化剂 材料科学 氨生产 催化作用 法拉第效率 无机化学 化学工程 硝酸盐 电极 电化学 化学 有机化学 物理化学 工程类
作者
Yuyu Li,Shaoqing Xiao,Xiaogang Li,Chuntao Chang,Ming Xie,Jingxiang Xu,Zehui Yang
出处
期刊:Materials Today Physics [Elsevier]
卷期号:19: 100431-100431 被引量:62
标识
DOI:10.1016/j.mtphys.2021.100431
摘要

Electro-synthesis of ammonia at ambient environment is a promising alternative of the industrial Haber-Bosch process operated under critical conditions. In this work, we have systematically investigated the electro-reduction of nitrate (NO3−RR) to ammonia catalyzed by fluorine doped carbon (FC) synthesized from the pyrolysis of the discarded cigarette filter saturated with polytetrafluoroethylene (PTFE) solution. FC electrocatalyst shows an exceptional NO3−RR catalytic performance with Faradaic efficiency of 20% associated with ammonia production rate of 23.8 mmol h−1 gcat−1, 2 and 4-fold better than bare C electrocatalyst. Furthermore, a stable NO3−RR activity is also achieved for FC electrocatalyst. Density functional theory (DFT) results suggest that F dopants efficiently reduce the energy barriers of NO3− hydrogenation and suppress the competitive hydrogen evolution reaction (HER). This observation will be beneficial for constructing a high-performance metal-free electrocatalyst to electro-synthesize ammonia from NO3−RR.
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