Boosting the interlayer-confined nitrate reduction reaction by in situ electrochemical potassium ion intercalation

电化学 催化作用 电合成 拉曼光谱 插层(化学) 硝酸盐 材料科学 无机化学 离子 法拉第效率 原位 硝酸钾 化学工程 电极 化学 冶金 物理化学 有机化学 工程类 物理 光学
作者
Mengqiu Xu,Ye Zhang,Haiqiao Zhou,Xiaoyu Li,Yuhu Zhou,Xudong Xu,Gan Jia,Genping Zhu,Fangfang Wu,Peng Gao,Wei Ye
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Nature]
卷期号:66 (4): 1352-1361 被引量:6
标识
DOI:10.1007/s40843-022-2263-x
摘要

Electrochemically converting nitrate ions back to valuable ammonia (NH3) represents a sustainable alternative to the traditional Haber-Bosch process. However, NH3 electrosynthesis is currently restricted by the low catalytic activities and Faradaic efficiency (FE) of NO3−-to-NH3. Here we report an interlayer-confined nitrate reduction reaction (NTRR) in a two-dimensional layered structure. The results indicate that in situ electrochemical K+ intercalation expands the interlayer spacing, which triggers the NTRR between layers. The obtained α-Ni0.902Cu0.098(OH)2 ultrathin nanosheets deliver high NTRR performance with an NH3 yield rate of 13.4 mol gcat.−1 h−1 and O3−-to-NH3 FE of 98.9% at −0.6 V, far exceeding those of Cu-based electrocatalysts. Moreover, the catalyst exhibits good cycling stability, which can sustain 20 successive cycles without obvious decay of activity and NH3 FE. Meanwhile, in situ electrochemical Raman spectroscopy results unravel the NO3−-to-NH3 pathway.
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