Crystal structures of molybdenum borides dictate electrocatalytic ammonia synthesis efficiency

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作者
Guiming Peng,Jianwen Zhao,Jiaqi Wang,Eli Hoenig,Suqin Wu,Mingzhan Wang,Mao He,Lei Zhang,Jin‐Xun Liu,Chong Liu
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:338: 123020-123020 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123020
摘要

Rather than multivalence molybdenum (Mo), the low valence Mo has rarely been reported as active site for nitrogen reduction. Herein, molybdenum borides with various Mo-B stoichiometry ratios (Mo2B, α-MoB, and Mo2B4) in which Mo shows low valence (<1) are synthesized as electrochemical nitrogen reduction reaction (eNRR) catalysts. Mo2B4 demonstrates the highest NH3 yield of 7.65 µg h− 1/mg at − 0.15 V with Faradaic efficiency (FE) of 12.47 %, while α-MoB exhibits the fastest intrinsic eNRR reaction rate with a higher FE of 17.17 % after considering electrochemically active surface area. DFT calculations reveal that both enzymatic and consecutive mechanisms via side-on configuration can proceed on α-MoB. Additionally, α-MoB exhibits suppressed HER activity due to an optimal surface B occupancy. The eNRR of molybdenum borides were verified qualitatively and quantitatively by 15N2 isotope experiments. This study demonstrated a synergistic design of eNRR and HER activity to achieve efficient electrocatalytic ammonia production with high eNRR selectivity.
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