硝酸盐（NO3-）电化学合成氨（NH3）为可持续氨合成和环境反硝化提供了一条有效途径，但其应用仍然受到各种中间体复杂反应途径的严重阻碍。
近日，香港理工大学柴扬教授深入研究了Bi晶格基质中的应变工程，以提高催化剂用于NO3-电还原合成NH3的活性。
文章要点
1）研究人员利用密度泛函理论（DFT）揭示了Bi晶格基质中层间应变压缩是其6p电子离域和能带展宽的主要原因，增强了对含氮物种（NO3−和NO2−）的化学作用。电化学原位光谱观察和反应路径模拟研究表明，这种结构诱导的化学亲和力促进了NO3−转化为NH3的活性和选择性。
2）研究人员通过电还原卤化铋（BiOX，X=Cl或I）前驱体制备了具有不同层间距的Bi催化剂。结果显示，采用层间应变压缩的BiOCl的Bi催化剂具有更高的NH3电合成活性，在优化的0.5 M NO3−电解液中，0.5 V时的NH3法拉第效率最高可达90.6%。在0.8 V电压下，进一步实现了高达46.5 g h−1 gcat−1的NH3生成速率，相当于高达300 mA cm-2的工业级NH3部分电流密度。
参考文献
Ning Zhang, et al, Governing Interlayer Strain in Bismuth Nanocrystals for Efficient Ammonia Electrosynthesis from Nitrate Reduction, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c00101
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00101
