Haber-Bosch反应的局限性（特别是高温操作）引发了人们对低温氨合成的新兴趣。N₂电还原是一种很有吸引力的替代方法，但由于产氨速率低(大多<10 mmol g_cat^-1 h^-1)、局部电流密度小(<1 mA cm^-2)和高选择性的析氢副反应而难以大规模实际应用。

有鉴于此，香港中文大学的Jimmy C. Yu和华中师范大学张礼知教授等人，设计制备了一种应变钌纳米团簇催化剂，可以作为高效的室温电还原合成氨催化剂。

本文要点

1）设计了Ru/氧掺杂Ru核/壳纳米团簇催化剂用于电催化合成氨。该催化剂催化的室温电还原生成氨具有较高的产氨速率(5.56 mol g_cat^-1 h^-1)，高于Haber-Bosch工艺。

2）氧掺杂剂会使Ru晶胞膨胀，从而触发拉伸应变。应变晶胞抑制了HER，但通过消除氢-氢偶合的势垒促进了•H的形成。氢自由基是这种高催化性能的主要贡献者，通过在较低的动力学势垒处将限速步骤的中间体加氢来加快硝酸盐向氨的转化。

3）由于稳定的表面Ru-O配位，在> 120 mA cm^-2的电流密度下，应变纳米结构可以在100 h内保持近100%的氨分解选择性。而且该应变纳米团簇在广泛的应用电势下仍具有很高的选择性，并且由于Ru与次表面氧掺杂剂的牢固结合，因此在强电流下表现出了优异的耐久性。

总之，该工作设计制备了一种新型的电催化剂，有助于低温硝酸盐电还原合成氨工艺的进一步发展。

参考文献：

Jie Li et al. Efficient Ammonia Electrosynthesis from Nitrate on Strained Ruthenium Nanoclusters. J. Am. Chem. Soc., 2020.

DOI: 10.1021/jacs.0c00418

https://doi.org/10.1021/jacs.0c00418