Porous β-FeOOH nanotube stabilizing Au single atom for high-efficiency nitrogen fixation

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作者
Hao Sun,Hua‐Qing Yin,Wenxiong Shi,Lulu Yang,Xiangwei Guo,Hong Lin,Jiangwei Zhang,Tong‐Bu Lu,Zhiming Zhang
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:15 (4): 3026-3033 被引量:36
标识
DOI:10.1007/s12274-021-3937-3
摘要

Electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR) under ambient conditions is highly desirable to achieve sustainable ammonia (NH3) production via an alternative carbon free strategy. Single-atom catalysts (SACs) with super high atomic utilization and catalytic efficiency exhibit great potential for NRR. Herein, a high-performance NRR SAC is facilely prepared via a simple deposition method to anchor Au single atoms onto porous β-FeOOH nanotubes. The resulting Au-SA/FeOOH can efficiently drive NRR under ambient conditions, and the NH3 yield reaches as high as 2,860 µg·h−1·mgAu−1 at −0.4 V vs. reversible hydrogen electrode (RHE) with 14.2% faradaic efficiency, much superior to those of all the reported Au-based electrocatalysts. Systematic investigations demonstrate that the synergy of much enhanced N2 adsorption, directional electron export, and mass transfer ability in Au-SA/FeOOH greatly contributes to the superior NRR activity. This work highlights a new insight into the design of high efficient NRR electrocatalysts by combination of porous metal oxide matrix and highly active single-atom sites.
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