氨是工业的主要化工原料，也是未来的无碳燃料和可再生能源的可运输载体。利用光电化学（PEC）进行NO_x还原 （NO_xRR）合成氨不仅为能量密集型的Haber-Bosch过程提供了一个很有前途的替代方案，而且通过从废水中恢复氨来平衡全球氮循环，也是一个可持续的解决方案。

近日，新南威尔士大学Rose Amal，Xiaojing Hao通过在TiO_x/CdS/CZTS上设计表面缺陷，实现了通过PEC NO_xRR合成NH₃的高选择性。

文章要点

1）采用喷涂法将金属有机配合物TiO_x制备成具有良好表面覆盖率的活性覆盖层。通过调节喷涂工艺温度，有效地控制了TiO_x层中Ti³⁺缺陷物种的比例，实验结果和理论模拟都证明，这有利于反应物NO₃⁻和*NO₂中间体的吸附。同时，获得了减小的功函数和延长的光生载流子寿命，从而促进了光生电荷转移，并具有高效的表面反应动力学。

2）优化的TiOx/CDS/CZTS光电阴极用于PEC NO_xRR合成NH₃的法拉第效率高达89.1%，且有较好的正起始电位（~0.38 V vs RHE）。

3）研究人员进一步尝试从模拟废水中PEC合成氨，结果显示出64.9%的法拉第效率，揭示了使用硫铜锡锌矿基光电阴极可持续地从富含硝酸盐的废水中合成氨的潜力。

参考文献

Shujie Zhou, et al, Engineering kesterite based photocathode for photoelectrochemical ammonia synthesis from NO_x reduction, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202201670

https://doi.org/10.1002/adma.202201670