在环境条件下，通过氮还原反应（NRR）用于电催化合成氨（NH₃）是一种很有前途的采用Haber-Bosch工艺合成氨的替代途径。因此设计和开发具有高性能的NRR电催化剂具有重要意义。具有特定过渡金属基纳米结构催化剂得益于其较高的活性位点、专一性、选择性和电子转移等特点，成为潜在的高性能NRR候选电催化剂。然而，由于缺乏规整的形貌，电催化剂的活性、选择性和稳定性较低，因此无法实现具有高NH3产率和法拉第效率(FE)电催化NRR。

近日，印度斯瓦米·维韦卡南达研究中心Uttam Kumar Ghorai报道了采用乙二醇辅助溶剂热法成功大规模合成了克级具有高结晶度的β-CoPc纳米管（NTs），同时实验结果表明，该催化剂在常温下是一种高效的NRR电催化剂。

文章要点

1）在乙二醇溶剂中，由邻苯二甲腈、四水合醋酸钴(II)和催化剂反应生成小的CoPc纳米团簇。其中乙二醇形成一个阴离子，该阴离子充当亲核剂并攻击邻苯二甲腈的氰基，从而导致形成1-(2-羟乙氧基)-3-亚氨基异吲哚中间体。然后Co²⁺阳离子被形成一个CoPc单元的四个中间体系环化，这些中间体系进一步以平行的方式相互作用，形成CoPc NTs。

2）实验结果显示，中空管状结构CoPc NTs具有出色的NRR电催化活性，NH₃产率高达107.9 μg h⁻¹ mg⁻¹_cat，连续5次循环后基本保持不变。同时CoPc NTs催化剂的稳定性可达20h，性能没有任何恶化，结构完整性保持不变。

CoPc的管状形貌、稳定的β相、高比表面积和有效活性中心数使其在室温条件下具有良好的NRR电催化性能。

参考文献

Uttam Kumar Ghorai, et al, Scalable Production of Cobalt Phthalocyanine Nanotubes: Efficient and Robust Hollow Electrocatalyst for Ammonia Synthesis at Room Temperature, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.0c10596

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c10596