氨（NH₃）是世界上产量最大的合成化学品之一，主要用于制造化肥，其余用于生产其他散装和精细化学品。近年来，由于极高的氢含量（17.6 wt%），便于储存和运输等优点，其作为一种无碳能源载体受到了极大的关注。然而，具有讽刺意味的是，全球90%以上的氨生产依赖于传统的哈伯-博世工艺，该工艺释放大量CO₂，需要高能耗。这种情况促使人们开始寻找对环保（或“绿色”）的合成氨技术。

近日，蔚山科学技术院Jae Sung Lee，四川大学Hemin Zhang，汉阳大学Youn Jeong Jang展示了光电化学（PEC） NO₃RR到氨，具有优异的FE和Au修饰的高度有序的硅纳米线阵列光电阴极。

文章要点

1）结果表明，相对于平面Si和随机生长的SiNW，O_SiNW阵列结构有利于PEC NO₃RR，能使小的Au纳米颗粒均匀分布(作为助催化剂)，并促进反应过程中的传质。

2）通过与Au纳米粒子的偶联，用于NO₃RR的PEC性能有了很大的改善，对合成氨具有显著提高的FE（在0.2 V_RHE时为95.6%）。研究发现，只有在电化学NO₃RR具有高过电位的情况下，才有可能获得如此高的FE，但PEC NO₃RR利用了光电阴极利用太阳能产生的光电压。此外，选择性地转化为NH₃也是可能的，因为Si和Au表面都不具有竞争析氢反应（HER）活性。

3）此外，研究人员还证明了Au纳米颗粒促进了选择性的NO₃^-到NO₂^-的转化，这被认为是电化学NO₃^-到NH₃转化的速率决定步骤。这是第一次利用光伏在比热力学所需的电势更正的电势下合成氨。

研究结果表明，PEC NO₃RR作为绿色氨生产的替代工艺是可行的，并将推动进一步的研究和开发。

参考文献

Hyo Eun Kim, et al, Photoelectrochemical Nitrate Reduction to Ammonia on Ordered Silicon Nanowire Array Photocathodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202204117

https://doi.org/10.1002/anie.202204117