​浙大AEM：NH3产率达到20 mg h−1cm−2！NO电催化歧化反应助力高效固氮反应

利用较低的N=O键离解能(204 kJ mol⁻¹)和较快的反应动力学，将活性氮氧化物转化为NH₃为解决电化学氮还原反应(ENRR)低反应效率的困境提供了一条有前途的技术路线。一氧化氮(NO)是化石燃料燃烧和其他化学工业中丰富的主要氮源污染物之一，通过电催化合理利用废NO可以同时缓解环境问题和逆转全球氮循环失衡。

然而，缓慢的析氧反应(OER)通常被用作阳极反应和NORR一起进行，这消耗了大部分能量。为了提高NORR系统的整体能源和经济效益，探索一种合适的低过电位阳极取代反应是必不可少的。

近日，浙江大学严建华、吴浩斌和吴昂键等报道了NO的电催化歧化反应，通过阴极NORR和阳极NO电氧化耦合实现有效固氮。这种策略能够通过在一个组装的电解槽中生产双重高价值产品(NH₃和硝酸盐)来最大限度地利用废NO。

同时，通过理论计算和实验验证，研究人员开发了高效的NORR催化剂CoNiO_x@Cu，以改善NO吸附和降低反应能垒；最优的CoNi(5:5)O_x@Cu催化剂在−0.68 V_RHE下的NH₃产率达到20 mg h⁻¹cm⁻²，并且其能够在电流密度≈165mA cm⁻²下连续反应36小时而没有发生形貌和组分变化。

研究人员还通过双极膜(BPM)设计，使用解耦的酸碱不对称电解质，独立优化了各半电池反应的微环境和反应动力学。依靠这个技术组合，在3.58 V的低电池电压下连续稳定运行36小时，NH₃生产率达到了创纪录的26.27 mg h⁻¹ cm⁻²，FE约为100%；硝酸生产率为68.41 mg h⁻¹ cm⁻²，FE为50.42%。

更重要的是，技术经济分析(TEA)显示，电催化NO歧化反应可显著降低NH₃生产成本至544吨/美元，具有可持续发展固氮作用的经济可行性。

Electrocatalytic Disproportionation of Nitric Oxide Toward Efficient Nitrogen Fixation. Advanced Energy Materials, 2023. DOI: 10.1002/aenm.20220423