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  Synergizing Fe2O3 nanoparticles on single atom Fe-N-C for nitrate reduction to ammonia at industrial current densities

Murphy, E., Sun, B., Rüscher, M., Liu, Y., Zang, W., Guo, S., Chen, Y.-H., Hejral, U., Huang, Y., Ly, A., Zenyuk, I. V., Pan, X., Timoshenko, J., Roldan Cuenya, B., Spoerke, E. D., & Atanassov, P. (2024). Synergizing Fe2O3 nanoparticles on single atom Fe-N-C for nitrate reduction to ammonia at industrial current densities. Advanced Materials,. doi:10.1002/adma.202401133.

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基本情報

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アイテムのパーマリンク: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-000F-27E2-6 版のパーマリンク: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-000F-3A78-A
資料種別: 学術論文

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作成者

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 作成者:
Murphy, Eamonn, 著者
Sun, Baiyu, 著者
Rüscher, Martina1, 著者           
Liu, Yuanchao, 著者
Zang, Wenjie, 著者
Guo, Shengyuan, 著者
Chen, Yu-Han, 著者
Hejral, Uta1, 著者                 
Huang, Ying, 著者
Ly, Alvin, 著者
Zenyuk, Iryna V., 著者
Pan, Xiaoqing, 著者
Timoshenko, Janis1, 著者                 
Roldan Cuenya, Beatriz1, 著者                 
Spoerke, Erik D., 著者
Atanassov, Plamen, 著者
所属:
1Interface Science, Fritz Haber Institute, Max Planck Society, ou_2461712              

内容説明

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資料詳細

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言語: eng - English
 日付: 2024-03-222024-01-222024-04-112024-04-15
 出版の状態: オンラインで出版済み
 ページ: 14
 出版情報: -
 目次: The electrochemical reduction of nitrates (NO3−) enables a pathway for the carbon neutral synthesis of ammonia (NH3), via the nitrate reduction reaction (NO3RR), which has been demonstrated at high selectivity. However, to make NH3 synthesis cost-competitive with current technologies, high NH3 partial current densities (jNH3) must be achieved to reduce the levelized cost of NH3. Here, the high NO3RR activity of Fe-based materials is leveraged to synthesize a novel active particle-active support system with Fe2O3 nanoparticles supported on atomically dispersed Fe–N–C. The optimized 3×Fe2O3/Fe–N–C catalyst demonstrates an ultrahigh NO3RR activity, reaching a maximum jNH3 of 1.95 A cm−2 at a Faradaic efficiency (FE) for NH3 of 100% and an NH3 yield rate over 9 mmol hr−1 cm−2. Operando XANES and post-mortem XPS reveal the importance of a pre-reduction activation step, reducing the surface Fe2O3 (Fe3+) to highly active Fe0 sites, which are maintained during electrolysis. Durability studies demonstrate the robustness of both the Fe2O3 particles and Fe–Nx sites at highly cathodic potentials, maintaining a current of −1.3 A cm−2 over 24 hours. This work exhibits an effective and durable active particle-active support system enhancing the performance of the NO3RR, enabling industrially relevant current densities and near 100% selectivity.
 査読: 査読あり
 識別子(DOI, ISBNなど): DOI: 10.1002/adma.202401133
 学位: -

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出版物 1

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出版物名: Advanced Materials
  省略形 : Adv. Mater.
種別: 学術雑誌
 著者・編者:
所属:
出版社, 出版地: Weinheim : Wiley-VCH
ページ: - 巻号: - 通巻号: 2401133 開始・終了ページ: - 識別子(ISBN, ISSN, DOIなど): ISSN: 0935-9648
CoNE: https://pure.mpg.de/cone/journals/resource/954925570855