Elucidating the activity, mechanism and application of selective electrosynthesis of ammonia from nitrate on cobalt phosphide

磷化物 电合成 电催化剂 硝酸盐 无机化学 化学 电化学 催化作用 电极 物理化学 有机化学
作者
Shenghua Ye,Zhida Chen,Guikai Zhang,Wenda Chen,Chao Peng,Xiuyuan Yang,Lirong Zheng,Yongliang Li,Xiangzhong Ren,Huiqun Cao,Dongfeng Xue,Jieshan Qiu,Qianling Zhang,Jianhong Liu
出处
期刊:Energy and Environmental Science [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (2): 760-770 被引量:203
标识
DOI:10.1039/d1ee03097c
摘要

Electrochemical reduction of nitrate to ammonia (nitrate reduction reaction, NO3−RR) under ambient conditions, which overcomes the drawbacks of the energy-intensive Haber–Bosch reaction and low-efficient N2 electroreduction, is one of the alternatives toward ammonia-synthesis. In this study, cobalt phosphide nanosheet arrays (CoP NAs) grown on carbon fiber cloth (CFC) (CoP NAs/CFC) exhibit an ammonia-evolving rate of 9.56 mol h−1 m−2 (214.14 L h−1 m−2, STP) at −0.3 V vs. RHE with a Faraday efficiency of ∼100% under alkaline conditions, which goes far beyond the Haber–Bosch reaction. Phosphorus was proved to be crucial for stabilizing the active phase and optimizing the energy barriers of the NO3−RR. Moreover, operando X-ray absorption fine structure (XAFS) firstly revealed that Co 4p orbitals directly participate in the nitrate adsorption and electron transfer step of the NO3−RR. Eventually, combining the NO3−RR and benzyl alcohol oxidation reaction at the cathode and anode respectively, sustainable synthesis of value-added chemicals was successfully fulfilled.
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