Bimetallic NiCo boride nanoparticles confined in a MXene network enable efficient ambient ammonia electrosynthesis

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作者
Chuang Wang,Qinchao Wang,Kexin Wang,Michiel De Ras,Kaibin Chu,Liangliang Gu,Feili Lai,Sheng-You Qiu,Hele Guo,Pengjian Zuo,Johan Hofkens,Xiaodong Zhu
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:77: 469-478 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2022.11.010
摘要

Ambient electrocatalytic nitrogen fixation is an emerging technology for green ammonia synthesis, but the absence of optimized, stable and performant catalysts can render its practical application challenging. Herein, bimetallic NiCo boride nanoparticles confined in MXene are shown to accomplish high-performance nitrogen reduction electrolysis. Taking advantage of the synergistic effect in specific compositions with unique electronic d and p orbits and typical architecture of rich nanosized particles embedded in the interconnected conductive network, the synthesized [email protected] composite demonstrates extensive improvements in nitrogen molecule chemisorption, active area exposure and charge transport. As a result, optimal NH3 yield rate of 38.7 μg h−1 mgcat.−1 and Faradaic efficiency of 6.92% are acquired in 0.1 M Na2SO4 electrolyte. Moreover, the great catalytic performance can be almost entirely maintained in the cases of repeatedly-cycled and long-term electrolysis. Theoretical investigations reveal that the nitrogen reduction reaction on [email protected] catalyst proceeds according to the distal pathway, with a distinctly-reduced energy barrier relative to the Co2B counterpart. This work may inspire a new route towards the rational catalyst design for the nitrogen reduction reaction.
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