氨是一种用于制造肥料、药物、弹药和塑料的基本商品化学品，是一种很有前途的替代燃料来源和载体。目前，大多数氨是由Haber-Bosch 工艺生产的，然而该工艺的能耗占全球能源生产的 1-2% ，而且排放大量温室气体。使用硝酸盐太阳能驱动的氨电化学合成提供了一种利用废水生产可再生燃料的可持续途径。

有鉴于此，伊利诺伊大学的Meenesh R. Singh、劳伦斯伯克利国家实验室Joseph A. Gauthier以及陶氏化学公司的Aayush R. Singh等人, 设计制备了一种氧化物衍生的 Co 作为高效的 NiRR 催化剂，具有最高的比活性（~14.56 mA cm^-2 at -0.8 V vs. RHE）和选择性。

本文要点

1）催化剂筛选研究使用了Fe, Ni, Co, Cu和Zn，采用密度泛函理论(DFT)结合计算氢电极(CHE)测定了中间吸附能。研究发现Co和Ni最有可能是活性的，出现在非常接近NiRR火山图的峰值。

2）氧化物衍生的Co是一种高效的NiRR催化剂，拥有最高的活性（-0.8 V （vs RHE）时为14.56 mA cm^-2）和选择性。氧化物衍生的 Co 在 -0.8 V （vs. RHE）下显示出 92.37 ± 6.7% 的最大法拉第效率和 565.26 mA cm^-2 的氨电流密度。

3）将这种催化剂集成到光伏电解槽中，利用太阳能电池为电解供电，氨的 STF 效率达到了前所未有的 11%，比最先进的系统高出一个数量级。

参考文献：

Nishithan C. Kani et al. Solar-driven electrochemical synthesis of ammonia using nitrate with 11% solar-to-fuel efficiency at ambient conditions. Energy Environ. Sci., 2021.

DOI: 10.1039/D1EE01879E

https://doi.org/10.1039/D1EE01879E