Self-organized growth of flower-like SnS2 and forest-like ZnS nanoarrays on nickel foam for synergistic superiority in electrochemical ammonia synthesis

催化作用 材料科学 电化学 化学工程 电催化剂 硫化镍 贵金属 硫化物 金属 电解质 氨生产 热液循环 纳米棒 无机化学 电极 纳米结构 纳米技术 法拉第效率 纳米颗粒
作者
Xingxing Chen,Yi-Tao Liu,Chunlan Ma,Jianyong Yu,Bin Ding
出处
期刊:Journal of Materials Chemistry [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:7 (39): 22235-22241 被引量:42
标识
DOI:10.1039/c9ta04382a
摘要

The exploration of non-noble metal catalysts toward the electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR) is crucial for industrial-scale ammonia synthesis. Although metal sulfides have long been predicted to be electrocatalytically more efficient than other compounds, there has been no substantial progress made on them due to the difficulties in the controllable synthesis of elaborate nanostructures with optimized NRR performance. Besides, their inferior electrical conductivity is not favorable for electrocatalysis. Herein, we propose an interesting conceptual design to integrate novel metal sulfide catalysts with a fascinating conductive matrix. Through self-organized growth under solvothermal conditions, flower-like SnS2 and forest-like ZnS nanoarrays are directly formed on Ni foam with intimate adhesion. Both SnS2 and ZnS exhibit remarkable abilities in nitrogen activation, which are further enhanced by forming well-aligned nanoarrays on 3D porous Ni foam, offering a large surface area and enabling easy electrolyte permeation. Moreover, Ni foam significantly outperforms carbonaceous materials as a conductive matrix because of its far better electrical conductivity and mechanical robustness. The resulting SnS2@Ni and ZnS@Ni foams show synergistic superiority as advanced hybrid catalysts, delivering high ammonia yields and faradaic efficiencies comparable to or even better than those of noble-metal-based catalysts.
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