电催化硝酸根还原合成氨：余桂华教授JACS；陆俊教授Nat. Commun.

1. 金属间单原子合金 In-Pd 双金属烯中性条件下高效硝酸根转化为氨

（DOI: 10.1021/jacs.3c03432）

本文要点

（1）从电催化还原硝酸盐（NO3RR）中收获可回收的氨（NH3），提供了一个可持续的战略，以节能和环保的方式关闭生态氮循环中的硝化污染。

（2）新兴的金属间单原子合金（ISAAs）被认为是通过将相邻的金属原子隔离成由金属间结构中的另一种金属稳定的单原子位点来实现单原子的最高位点密度，这有望将金属间纳米晶体和单原子催化剂的催化优势结合起来，促进NO3RR。

（3）ISAA In-Pd双金属，其中Pd单原子被周围的In原子隔离，可以促进中性NO3RR，NH3法拉第效率（FE）为87.2%，产率为28.06 mg h-1 mgPd-1，并且具有特殊的电催化稳定性，在100小时和20个周期内活性/选择性增加。

（4）ISAA结构使Pd d轨道的重叠大大减少，In-p和Pd-d状态在费米级周围的p-d杂化缩小，导致更强的NO3-吸附和NO3RR的电位决定步骤的能量屏障降低。

（5）进一步将NO3RR催化剂整合到作为阴极的Zn-NO3-流动电池中，可实现12.64 mW cm-2的功率密度和93.4%的NH3生产效率。

图1. 原子般薄而弯曲的金属间单原子合金 In-Pd 金属烯结构表征。

图2. 金属间单原子合金 In-Pd 金属烯表面元素价态表征。

图3. 在中性水溶液中电催化NO3RR的性能表征。

图4. DFT计算。

图5. 金属间单原子合金In-Pd金属烯组装Zn-NO3-流动电池的示意图，以及性能表征。

2. Nat Commun：电化学硝酸盐还原成氨的Fe/Cu双原子催化剂

（DOI：10.1038/s41467-023-39366-9）

本文要点

(1)电化学将硝酸盐转化为氨，为减少硝酸盐污染物提供了一种有效的方法，也是低温低压合成氨的潜在技术。然而，该过程受到多种竞争性反应和阴极表面的NO3-吸附的限制。

(2)在此，浙江大学陆俊教授，中国科学院过程工程研究所朱庆山教授，张会刚教授课题组报告了一种孔状氮掺杂石墨烯上的铁/铜双原子催化剂，它对氨的生产表现出高催化活性和选择性。

(3)该催化剂使最大的氨法拉达效率达到92.51%（-0.3V(RHE)），并使NH3产率达到1.08mmol h-1 mg-1（-0.5V(RHE)时）。

(4)计算和理论分析显示，NO3-和Fe/Cu之间相对较强的相互作用促进了NO3-阴离子的吸附和排放。氮氧键也被证明是由于杂原子双位点的存在而被削弱的，这降低了整体反应的障碍。

(5)这项工作中的双位点和杂原子策略为进一步的催化剂开发提供了一个灵活的设计，并扩大了硝酸盐还原和氨合成的电催化技术。

转自：“我要做科研”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！