厦大Nature子刊：类亚硝酸盐还原酶CuCo纳米片，实现安培级电流密度氨电合成

将NO₃⁻电催化还原(NO₃⁻RR)为NH₃由于其绿色无污染已经引起了越来越多的关注，并被认为是Haber–Bosch工艺的一个有效的替代方法。此外，合理设计高活性、高选择性的新型电催化剂是降低NO₃⁻RR过电位、实现其大规模应用以及满足高工业要求的关键。

近日，厦门大学孙世刚和楼耀尹等采用一步电沉积法制备了CuCo合金纳米片，其能够模拟铜-亚硝酸盐还原酶(Cu-NIR)的双功能性(Co作为电子/质子供给中心，而Cu促进NO_x的吸附/缔合)以协同催化NO₃⁻转化为NH₃。

Co和Cu的加入形成了纳米片状的微松结构，极大地提高了催化剂表面的质子利用率，使的该催化剂的产NH₃过电位为290 mV；在890 mV的过电位下，NH₃的部分电流密度为1035 mA cm^-2、NO₃⁻转化为NH₃的法拉第效率为100%，以及相应的NH₃产率为4.8 mmol cm⁻² h⁻¹。

此外，在宽的电位窗口(从−0.1 V_RHE到−0.4 V_RHE)下，NH₃的法拉第效率(FE)>90%，优于大多数文献报道的NO₃⁻RR催化剂。

FTIR、SHINERS光谱及密度泛函理论(DFT)计算揭示了催化的机理：Cu和Co之间的协同作用调节了Cu的电子结构，这可以降低Cu上初始*NO₃吸附(速率控制步骤)的能垒；相比于Cu(111)，Co(111)上容易吸附*H物种，导致中间体*NO_x加氢反应的ΔG下降。

因此，合理控制双金属催化剂表面的*H吸附是进一步调控NO₃⁻RR过程中中间体吸附以获得优异性能的关键。这一发现为研究高反应性加氢脱氧反应中表面吸附调节的双金属催化剂提供了新的视角，也为高效生产NH₃多组分非均相催化剂的开发提供了新的策略。

Ampere-level Current Density Ammonia Electrochemical Synthesis using CuCo Nanosheets Simulating Nitrite Reductase Bifunctional Nature. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-35533-6