Angew.：Protic 离子液体立大功！对Co3O4−x改性以提高电化学硝酸盐合成氨性能

与氨产率和选择性较低的电化学N₂还原反应相比，硝酸盐电化学转化为氨(NITRR)是小规模合成氨和废硝酸盐处理的一种有前景的方法。目前，通过复杂的催化剂设计来提高反应性能的策略已经得到了很好的发展，但同时实现提高反应活性和选择性仍然是一个挑战。此外，考虑到实际废水中硝酸盐的低浓度，NITRR催化剂的性能可能受到硝酸盐传质的限制，开发能够有效“捕获”硝酸盐-的策略是可取的。

基于此，中科院过程工程研究所张锁江和杨冰等报道了一种离子液体(IL)催化剂修饰调节电极表面微环境的策略，可以实现在低浓度硝酸盐下同时促进电化学NITRR的反应活性和选择性。

具体而言，研究人员利用质子型离子液体(PIL)([Bim]NTf₂)对Co₃O_4−x催化剂进行修饰改性，以模拟固氮酶MoFe蛋白环境，成功实现了同时提高电化学NITRR中氨产率和法拉第效率(FE)。

硝酸盐还原实验结果表明，在500 ppm硝酸盐浓度下，PIL改性的Co₃O_4−x催化剂在−1.71和− 1.41 V vs. Ag/AgCl下的最佳氨产率和FE分别为30.23 ± 4.97 mg h⁻¹ mg_cat.⁻¹和84.74 ± 3.43%，优于相应条件下的Co₃O_4−x(15.53 ± 1.68 mg h⁻¹ mg_cat.⁻¹和71.21 ± 3.39%)。

实验结果和理论计算表明，[Bim]NTf₂层具有以下功能：

1. 调节催化剂的电子结构，改善Lewis Co中心的酸度，从而促进硝酸盐的吸附和活化；

2. 诱导质子穿梭以及与硝酸盐形成氢键来加速其转换和削弱N−O键；

3. 构建一个疏水电极表面微环境来抑制竞争性HER反应，从而提高低硝酸盐浓度下的氨气产率和选择性。

综上，该项工作不仅为提高电化学NITRR的性能提供了一种简单有效的方法，也为设计利用离子液体改性电催化剂以提高NITRR性能提供了指导。

Enhanced Electrochemical Nitrate-to-Ammonia Performance of Cobalt Oxide by Protic Ionic Liquid Modification. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202304935

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Angew.：Protic 离子液体立大功！对Co3O4−x改性以提高电化学硝酸盐合成氨性能

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