Multi‐Dimensional Ni@TiN/CNT Heterostructure with Tandem Catalysis for Efficient Electrochemical Nitrite Reduction to Ammonia

串联 电化学 催化作用 亚硝酸盐 化学 异质结 材料科学 无机化学 组合化学 化学工程 纳米技术 电极 有机化学 物理化学 光电子学 复合材料 工程类 硝酸盐
作者
Zhijie Cui,Pengwei Zhao,Honghai Wang,Chunli Li,Wenchao Peng,Yang Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202501578
摘要

Electrochemical nitrite reduction reaction (NO2RR) is considered as a sustainable ammonia (NH3) synthesis strategy. However, there are still significant challenges in designing efficient NO2RR catalysts. Here, carbon nanotube (CNT) encapsulated Ni nanoparticles (NPs) loaded on MXene‐derived TiN (Ni@TiN/CNT) heterostructure is constructed by combining molten salt etching strategy and chemical vapor deposition. Ni@TiN/CNT exhibits excellent NH3 yield rate (15.6 mg h−1 mgcat.−1), Faradaic efficiency (95.6%) and record cycle stability (NO2RR performance is virtually unattenuated after 60 cycles) at −0.7 V versus reversible hydrogen electrode (vs. RHE). In addition, the Zn‐nitrite battery with Ni@TiN/CNT as the cathode shows high power density (9.6 mW cm−2) and NH3 synthesis performance. Combining validation experiments and density functional theory calculations reveal that Ni@TiN/CNT follows the tandem catalytic mechanism. The TiN site preferentially adsorbs and activates NO2−, while the Ni site provides abundant active hydrogen for the subsequent reduction process. Meanwhile, the chainmail structure of CNT prevents the oxidation and leaching of active sites, thereby significantly enhancing the stability of Ni@TiN/CNT. This work provides a new inspiration for the preparation of durable and efficient NO2RR electrocatalysts with tandem catalytic sites.
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