支春义教授，电催化最新Angew！

第一作者：Rong Zhang, Yaqin Zhang, Bo Xiao

通讯作者：支春义、杨涛、郭瑛

通讯单位：香港城市大学、深圳大学

论文速览

本研究开发了一种高熵合金（FeCoNiAlTi）作为电催化剂，用于在环境条件下直接电化学硝酸盐（NO₃⁻）还原为氨（NH₃）。高熵合金因其独特的性能而在催化领域备受关注，尤其是在多步反应中。

通过有效的相工程策略，在块状高熵合金上引入了均匀的金属间纳米粒子，增加了电化学活性表面积和电荷转移效率。所得的纳米结构高熵合金（n-HEA）在NH₃产率（0.52 mg h⁻¹ cm⁻²）和法拉第效率（FE）（95.23%）方面展现了增强的电化学硝酸盐还原性能。

进一步的实验和理论研究揭示了n-HEA上多活性位点（Fe、Co和Ni）对硝酸盐还原的电催化作用。特别是，典型的Co位点在*NH₂到*NH₃的决速步骤中显示出最低的能垒。

图文导读

图1：块状高熵合金（bulk HEA）的X射线衍射（XRD）图谱，扫描电子显微镜（SEM）图像及能量色散X射线光谱（EDX）元素分布图。这些图表证实了合金的面心立方（FCC）结构和元素的均匀分布。

图2：通过相工程策略得到的纳米结构高熵合金（n-HEA）的XRD图谱、SEM图像、透射电子显微镜（TEM）图像、选区电子衍射（SAED）花样和高角环形暗场扫描TEM（HAADF-STEM）图像。这些图表揭示了n-HEA中FCC和L1₂相的共存以及纳米粒子的均匀分布。

图3：n-HEA在不同条件下的电化学性能，包括线性扫描伏安图（LSV曲线）、NH₃产率和法拉第效率（FE）的变化、¹⁵N同位素标记实验的1H NMR谱图、不同硝酸盐浓度下的性能以及计时电流曲线。

图4：原位傅里叶变换红外光谱（FTIR）和在线差分电化学质谱（DEMS）用于研究NO₃⁻还原为NH₃的过程，以及密度泛函理论（DFT）计算得到的n-HEA在不同金属位点上NRA的吉布斯自由能变化图。

总结展望

本研究通过相工程策略成功制备了具有优异电催化性能的高熵合金（FeCoNiAlTi）纳米粒子，实现了高效电化学还原硝酸盐为氨。优化后的纳米结构高熵合金在-0.5 V电压下达到了0.52 mg h⁻¹ cm⁻²的NH₃产率和95.23%的法拉第效率，同时展现了卓越的电化学稳定性和结构稳定性。

实验和理论计算结果表明，Fe、Co和Ni位点的协同催化作用是提升n-HEA电催化性能的关键。本研究不仅为高熵合金在电催化硝酸盐还原反应中的应用提供了新思路，也为相工程在调控合金催化剂性能方面提供了重要的科学依据。

文献信息

标题：Phase Engineering of High-Entropy Alloy for Enhanced Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia

期刊：Angewandte Chemie International Ed

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