Optimized Intermediates Adsorption Configuration on Co‐Doped Fe2P@NiP2 Heterojunction Interface for Enhanced Electrocatalytic Nitrate‐To‐Ammonia Conversion

材料科学 催化作用 吸附 异质结 硝酸盐 兴奋剂 无机化学 氨生产 杂原子 化学工程 磷化物 光电子学 化学 物理化学 有机化学 工程类 戒指(化学)
作者
Yinan Zheng,Yuan Tan,Xin Yu,Yao Hu,Songjie Hu,Jun Hu,Zhong Chen,Xiaohui Guo
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (32) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/smll.202312136
摘要

Abstract The extraction of ammonia (NH 3 ) through electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO 3 − RR) represents a sustainable avenue in NH 3 generation and utilization. However, the catalytic efficiency of the NO 3 − RR is hindered by the sluggish kinetics. This study first theoretically found that phosphide‐based heterostructure can alter the adsorption structure of intermediates in the nitrate‐to‐ammonia process, thereby achieving precise regulation of the energy barrier in the rate‐determining step. Based on theoretical design, a novel Co‐doped Fe 2 P@NiP 2 heterojunction catalyst is successfully synthesized, which deliver a notable NH 3 yield rate of 0.395 mmol h −1 cm −2 at −0.7 V versus RHE, as well as a remarkable ammonia Faraday efficiency of 97.2% at −0.6 V versus RHE. Experimental and theoretical results further confirm that redistributing electrons and shifting the center of the d ‐band upwards through interfacial doping modulate intermediates adsorption strength and inhibition of hydrogen evolution, leading to excellent performance in NO 3 − ‐to‐NH 3 . Further integrating the Co‐Fe 2 P@NiP 2 catalyst into a Zn‐nitrate battery exhibits a substantial voltage output of 1.49 V and a commendable power density of 13.2 mW cm −2 . The heteroatom‐doped heterojunction strategy provides a versatile route for developing advanced catalysts, thereby broadening the horizons of electrocatalytic methodologies for nitrate reduction and ammonia synthesis.
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