Ru and Fe Alloying on a Two‐Dimensional MXene Support for Enhanced Electrochemical Synthesis of Ammonia

双金属片 催化作用 电化学 材料科学 复合数 氨生产 化学工程 无机化学 氧化还原 化学 电极 物理化学 有机化学 复合材料 工程类
作者
Anmin Liu,Xingyou Liang,Mengfan Gao,Xuefeng Ren,Liguo Gao,Yanan Yang,Haiding Zhu,Guangxin Li,Tingli Ma
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:14 (7) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/cctc.202101775
摘要

Abstract Compared with the energy‐intensive Haber‐Bosch process, the electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) is a promising approach for sustainable ammonia production. However, the design and development of electrocatalysts with high activity and selectivity is currently a major challenge. In this work, we successfully constructed RuFe bimetallic nanoparticles on a two‐dimensional MXene support (RuFe@MXene) through a simple liquid phase reduction method. Benefiting from the rich surface chemistry and high electronic conductivity of MXene, as well as the synergistic effect between RuFe bimetals, the composite can efficiently synthesize ammonia under environmental conditions. Specifically, the NH 3 yield and Faraday efficiency of the prepared Ru 0.3 Fe 0.7 @MXene composite catalyst reaches 40.79 μg h −1 cm −2 and 15.25 % at −0.4 V vs . RHE in 0.1 M KOH, which are significantly higher than that of the previously reported Ru@MXene. Moreover, the Ru 0.3 Fe 0.7 @MXene catalyst also exhibits outstanding electrochemical stability. The density of state (DOS) and the partial density of state (PDOS) of MXene, Fe@MXene, Ru@MXene, and RuFe@MXene were calculated by DFT to explore the synergistic effect of RuFe on the nitrogen reduction performance of MXene‐based catalysts. This work guides the design of high‐performance NRR electrocatalysts in the future.
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