Isolating Cu-Zn active-sites in Ordered Intermetallics to Enhance Nitrite-to-Ammonia Electroreduction

亚硝酸盐 电催化剂 法拉第效率 催化作用 无机化学 氨生产 化学 金属间化合物 纳米孔 材料科学 合金 电化学 电极 物理化学 硝酸盐 有机化学
作者
Jiao Lan,Zhen Wang,Cheng‐Wei Kao,Ying‐Rui Lu,Feng Xie,Yongwen Tan
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1): 10173-10173 被引量:56
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53897-9
摘要

Electrocatalytic nitrite reduction to the valuable ammonia is a green and sustainable alternative to the conventional Haber-Bosch method for ammonia synthesis, while the activity and selectivity for ammonia production remains poor at low nitrite concentrations. Herein, we report a nanoporous intermetallic single-atom alloy CuZn (np/ISAA-CuZn) catalyst with completely isolated Cu-Zn active-sites, which achieves neutral nitrite reduction reaction with a remarkable NH3 Faradaic efficiency over 95% and the highest energy efficiency of ≈ 59.1% in wide potential range from -0.2 to -0.8 V vs. RHE. The np/ISAA-CuZn electrocatalyst was able to operate stably at 500 mA cm-2 for 220 h under membrane electrode assembly conditions with a stabilized NH3 Faraday efficiency of ~80% and high NO2 removal rate of ~100%. A series of in situ experimental studies combined with density functional theory calculations reveal that strong electronic interactions of isolated Cu-Zn active-sites altered the protonation adsorption species, effectively alleviating the protonation barrier of *NO2 and thus greatly facilitating the selective reduction of NO2- into NH3.
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