深圳大学刘剑洪/张黔玲团队CEJ：硝酸根还原制氨！

电催化硝酸根还原反应是将NO₃^–转化为NH₃是一种新兴的氨生产和“绿氢”储存策略，但是NO₃^–RR高过电位和氨选择性低的瓶颈问题函待解决，探索高效的催化剂是实现NO₃^–RR制氨的工业化应用的关键。

近日，深圳大学刘剑洪，张黔玲教授团队通过电位诱导自重构的方法实现氢氧化钴上锚定Ru单原子位点，用作硝酸盐还原制氨的催化剂。研究发现，碱式碳酸氢钴前驱体在NO₃^–RR过程中会自发自重构形成更稳定的Co(OH)₂，当Ru掺杂在碱式碳酸氢钴中能够促进自重构的发生，形成Ru单原子与Co(OH)₂的复合结构，该结构显著提升了NO₃^–RR制氨活性。有效提高了催化效率，为设计高性能NO₃^–RR制氨催化剂提供新的思路。该工作发表在国际期刊Chemical Engineering Journal上，第一作者为深圳大学曹慧群副教授与硕士研究生梁彬，通讯作者为叶盛华博士、颜学庆教授和张黔玲教授。

本文要点

要点1：针状的碱式碳酸氢钴（Co₂(OH)₂CO₃）在NO₃^–RR过程中表面发生电位诱导的自重构形成片状氢氧化钴（Co(OH)₂），从而得到Co₂(OH)₂CO₃@Co(OH)₂核壳结构。将Ru单原子掺入到Co₂(OH)₂CO₃中能够促进深度重构，令Co₂(OH)₂CO₃彻底自重构为Co(OH)₂，最终形成Ru单原子位点（Ru SAS）锚定在Co(OH)₂纳米片上（Ru SASs/Co HNSs）。

要点2：深度自重构形成的Ru SASs/Co HNSs具有优异的NO₃^–RR性能，有效的降低了硝酸根还原的过电位。在-0.3 V vs. RHE时，法拉第效率接近100%，产氨速率为4.83 mol h^-1 m^-2，并且能够用作Zn-NO₃^–电池阴极。

要点3：理论和实验分析表明，Ru SASs与Co(OH)₂之间存在电子相互作用而被稳定锚定，Ru SASs是催化活性位点，并且NO₃^–转化为NH₃的途径是以*NO为特征中间体的N端途径。此外，Ru SASs能够有效促进了*NH₂^–到*NH₃的热力学决速步骤，从而促进了NO₃^–到NH₃的整体转化过程。

文章标题：Constructing Ru single-atomic sites through potential-induced self-reconstruction to accelerate electrocatalytic nitrate reduction for ammonia production

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724033709

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151883

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