王双印/陈晨等JACS：hcp-Co高效电催化NO还原制NH3

电催化还原一氧化氮（NO）不仅为生成NH₃提供了一种极有前景的策略，而且还缓解了人为破坏的氮循环平衡。然而，探索有效的电催化剂来提高NO的电还原性能仍是一个重大的挑战。基于此，湖南大学王双印教授和陈晨副教授、加拿大多伦多大学Chandra Veer Singh（共同通讯作者）等人报道了一种六边形紧密堆积的Co纳米片（hcp-Co），其NH₃产率高达439.50 μmol cm^-2 h^-1，法拉第效率（FE）高达72.58%，优于面心立方相的Co纳米片（fcc-Co）和大多数已报道的电催化剂。此外，组装了以hcp-Co为正极的Zn-NO电池，其功率密度为4.66 mW cm^-2，优于目前已报道的性能。

通过DFT计算，作者研究了hcp-Co上高效NORR性能的机理。对比了hcp-Co和fcc-Co的几何结构发现，hcp-Co和fcc-Co的Co排列分别是−ABAB−和−ABCABC−，导致它们的电子结构有很小的差异。在费米能级（EF）附近，hcp-Co发现了更多的上自旋富电子特征，为NORR提供了一个深的电子池。同时，hcp-Co在EF处表现出较高的下旋电子活性，有利于激活NO分子。

作者还研究了hcp-Co上NORR过程与相应反应中间体的反应自由能分布，对比HNO*，NO的第一质子化更有利于形成NOH*，这是NORR在hcp-Co上的电位决定步骤（PDS）。第二个质子与NOH*反应生成N*和ΔG为-1.47 eV的H₂O，而不是HNOH*。最后，将发生三个连续的质子化过程，直到形成NH₃。对比fcc-Co（-0.67 eV），hcp-Co中的质子扩散具有非常有利的能量，ΔG为-0.80 eV，表明hcp-Co中有更多的质子源用于NO的质子化。

Hexagonal Cobalt Nanosheets for High-Performance Electrocatalytic NO Reduction to NH₃. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c00276.

https://doi.org/10.1021/jacs.3c00276.

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