Metallic Co Nanoarray Catalyzes Selective NH3 Production from Electrochemical Nitrate Reduction at Current Densities Exceeding 2 A cm−2

电化学 电催化剂 离解(化学) 法拉第效率 氨生产 材料科学 无机化学 化学 金属 吸附 电极 催化作用 化学工程 物理化学 有机化学 工程类
作者
Xiaohui Deng,Yongpeng Yang,Lei Wang,Xian‐Zhu Fu,Jing‐Li Luo
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:8 (7): 2004523-2004523 被引量:319
标识
DOI:10.1002/advs.202004523
摘要

Abstract Electrochemical nitrate reduction (NITRR) offers a promising alternative toward nitrogen recycling and ammonia production under ambient conditions, for which highly active and selective electrocatalyst is desired. In this study, metallic cobalt nanoarrays as facilely prepared from the electrochemical reduction of Co(OH) 2 nanoarrays (NAs) are demonstrated to exhibit unprecedented NH 3 producing capability from catalyzing NITRR. Benefitting from the high intrinsic activity of Co 0 , intimate contact between active species and conductive substrate and the nanostructure which exposes large number of active sites, the Co‐NAs electrode exhibits current density of −2.2 A cm −2 and NH 3 production rate of 10.4 mmol h −1 cm −2 at −0.24 V versus RHE under alkaline condition and significantly surpasses reported counterparts. Moreover, the close‐to‐unity (≥96%) Faradaic efficiency (FE) toward NH 3 is achieved over wide application range (potential, NO 3 − concentration and pH). Density function theory calculation reveals the optimized adsorption energy of NITRR intermediates on Co surface over Co(OH) 2 . Furthermore, it is proposed that despite the sluggish kinetics of Volmer step (H 2 O → *H + *OH) which provides protons in conventional hydrogenation mechanism, the proton‐supplying water dissociation process on Co surface is drastically facilitated following a concerted water dissociation–hydrogenation pathway.
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