Regulation of the electrocatalytic nitrogen cycle based on sequential proton–electron transfer

电子转移 催化作用 质子 电化学 质子耦合电子转移 硫化物 化学 氮气 电催化剂 无机化学 电极 光化学 物理化学 物理 有机化学 量子力学
作者
Daoping He,Hideshi Ooka,Yamei Li,Yujeong Kim,Akira Yamaguchi,Kiyohiro Adachi,Daisuke Hashizume,Naohiro Yoshida,Sakae Toyoda,Sun Hee Kim,Ryuhei Nakamura
出处
期刊:Nature Catalysis [Springer Nature]
卷期号:5 (9): 798-806 被引量:78
标识
DOI:10.1038/s41929-022-00833-z
摘要

The selective transformation of nitrogen compounds is a foundation of the modern chemical industry. Existing thermochemical processes largely rely on fossil fuels and innovating electrocatalytic processes that could use renewable energy remains challenging. Here we report the electrochemical regulation of a nitrite reduction network using a molybdenum sulfide catalyst by modulating the thermodynamic driving force of proton and electron transfer. The strategy behind this approach is based on the theory of sequential proton–electron transfer, in which the driving force of proton and electron transfer can be optimized independently. This makes it possible to target the desired reactions with selectivities of up to 80% for NO, 61% for N2O, 36% for N2 and 100% for NH4+, comparable to the highest values reported to date using a specific catalyst optimized for a single target product. Consistency with numerical simulation highlights that sequential proton–electron transfer can be used to rationally regulate the electrochemical nitrogen network.
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