Kristallphasenengineering von ultradünnen Legierung-Nanostrukturen für die hocheffiziente Elektroreduktion von Nitrat zu Ammoniak

Die elektrokatalytische Nitratreduktionsreaktion (NO3RR) zur Ammoniaksynthese wird als nachhaltige Strategie anerkannt, um den globalen Stickstoffkreislauf ins Gleichgewicht zu bringen. Es bleibt jedoch eine große Herausforderung, eine hocheffiziente Ammoniakproduktion zu erreichen, aufgrund des komplexen protonengekoppelten Elektronentransferprozesses in der NO3RR. Hier wird die kontrollierte Synthese von RuMo-Legierungsnanoblumen (NFs) mit unkonventioneller kubischer Flächenzentrierter Phase (fcc) und hexagonal dicht gepackter/fcc-Heterophase für die hocheffiziente NO3RR berichtet. Bedeutend ist, dass fcc RuMo NFs eine hohe Faradaische Effizienz von 95,2 % und eine hohe Ausbeute von 32,7 mg h-1 mgcat -1 zur Ammoniakproduktion bei 0 und -0,1 V (vs reversibler Wasserstoffelektrode) zeigen. In-situ Charakterisierungen und theoretische Berechnungen haben gezeigt, dass fcc RuMo NFs das höchste d-Band-Zentrum mit überlegener Elektroaktivität besitzen, was auf die starken Ru─Mo-Interaktionen und die hohe intrinsische Aktivität der unkonventionellen fcc-Phase zurückzuführen ist. Die optimalen elektronischen Strukturen der fcc RuMo NFs gewährleisten eine starke Adsorption der Schlüsselzwischenprodukte mit Unterdrückung der konkurrierenden Wasserstoffentwicklung, was die bemerkenswerte NO3RR-Leistung weiter bestimmt. Der erfolgreiche Nachweis von Hochleistungs-Zink-Nitrat-Batterien mit fcc RuMo NFs weist auf ihr erhebliches Anwendungspotenzial in elektrochemischen Energiesystemen hin.