Deciphering nickel-catalyzed electrochemical ammonia synthesis from nitric oxide

催化作用 选择性 电化学 材料科学 氨生产 过渡金属 金属 氧化物 纳米技术 无机化学 化学 化学工程 冶金 有机化学 物理化学 电极 工程类
作者
Siwen Zhao,Jiyuan Liu,Li Wang,Chenyuan Zhu,Guoshuai Shi,Jing Wu,Yang Chunlei,Qinghe Wang,Ming‐Wei Chang,Kaihui Liu,Shuzhou Li,Liming Zhang
出处
期刊:Chem [Elsevier]
卷期号:9 (12): 3555-3572 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2023.08.001
摘要

Electrochemical nitric oxide (NO) reduction to ammonia (NH3) is an attractive nitrogen fixation way; however, the poor mechanistic understanding and unsatisfied NH3 selectivity strongly impede its practical applications. Here, we screened a suite of transition-metal electrocatalysts, in which Ni outperformed others at the top of a volcano-shaped plot. We rationally fabricated five monocrystalline Ni electrocatalysts and observed higher productivities on high-index facets. In particular, Ni(210) demonstrates a unique NH3 selectivity with a yield rate 2-fold higher than those of low-index facets. The energy required for key intermediates switching from hollow-to-bridge sites was established as a descriptor for NH3 production. Electrochemical measurements on Ni nanoparticle ensembles evidenced a high NH3 selectivity of over 85% with a decent production rate, along with a stable running over 50 h. This work guides the rational design of NO reduction electrocatalysts and establishes a paradigm to understand the structure-function correlation in catalysis.
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