Nitrogen-Defective Polymeric Carbon Nitride Nanolayer Enabled Efficient Electrocatalytic Nitrogen Reduction with High Faradaic Efficiency

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作者
Guiming Peng,Jiawen Wu,Mingzhan Wang,Jens Niklas,Hua Zhou,Chong Liu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:20 (4): 2879-2885 被引量:94
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.0c00698
摘要

Identifying highly selective catalysts and accurately measuring NH3 yield without false-positives from contaminations remain two challenges in electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR). Here, we report N-defective carbon nitride grown on carbon paper (CN/C) as a highly selective electrocatalyst. The NH3 yield was determined reliably by the slope of mNH3-time plot rather than averaging the accumulated amount over time. Results showed the as-synthesized CN/C600 (synthesized at 600 °C) with a higher density of C=N–C N2C vacancies achieved an NH3 production of 2.9 μg mgcat.–1 h–1 at −0.3 V (versus RHE), ∼5.7-fold higher than CN/C500. The Faradaic efficiency for CN/C600 is among the highest of 62.1%, 33.9%, and 16.8% at −0.1 V, −0.2 V, and −0.3 V, respectively. The NH3 production was verified by isotope 15N2 experiments. Further increase of N-defects on CN/C600 using plasma etching led to higher NH3 yield than comparably larger current, pointing to N-defects sites for promoting NRR.
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