Electrochemical Nitrate Reduction to Ammonia on CuCo Nanowires at Practical Level

材料科学 催化作用 电化学 法拉第效率 纳米线 串联 氨生产 硝酸盐 化学工程 产量(工程) 无机化学 纳米技术 复合材料 电极 物理化学 有机化学 化学 工程类
作者
Kouer Zhang,Pengting Sun,Yulun Huang,Mingcong Tang,Xiaohong Zou,Zhefei Pan,Xiaoyu Huo,Jie Wu,Chun Che Lin,Zhongti Sun,Yangyang Wan,Xiao Zhang,Liang An
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (44) 被引量:45
标识
DOI:10.1002/adfm.202405179
摘要

Abstract Electrochemical reduction of nitrate (NO 3 RR) holds great promise for environmentally friendly ammonia production. Tandem catalysis is a promising strategy for boosting the NO 3 RR and inhibiting side effects, but it is still challenged by lacking well‐designed catalysts to drive this catalytic process. Herein, the study develops the CuCo branched nanowires (CuCo NW) catalyst, which efficiently converts NO 3 − to NH 3 on Co (111) and Cu (111) crystal facets through a tandem catalysis mechanism. The in situ grown CuCo NW on Cu foam demonstrates a remarkable Faraday efficiency of 90.3% at 1.0 A cm −2 and maintains stable operation for 200 h at 100 and 200 mA cm −2 in a flow reactor. Density functional theory calculations suggest that the initial absorption and subsequent deoxygenation of *NO 3 on Co (111) leading to the formation of *NO 2 , followed by its transfer to Cu (111) and further conversion to *NH 3 , establish an optimal pathway by managing rate‐determining steps on individual surfaces for NO 3 RR. To showcase the practical application of the catalyst, the study further develops a scaling‐up prototype reactor for continuous ammonia production, realizing the gram‐level yield rate of 1474.09 mg h −1 and Faraday efficiency of 91.26% at practical‐level 20.0 A.
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