钌 (Ru) 是氮还原反应 (NRR) 电催化剂最广泛使用的金属，因为其具有相对较高N₂吸附强度以实现连续反应。最近，据报道，均质的 Ru 基金属合金，如 Ru-Rh、Ru-Pt 和 Ru-Co 可以显著提高对氨 (NH₃) 的选择性和形成速率。然而，金属组合仅限于几种与Ru混溶的金属，尽管各种不混溶组合显示出高 NRR 性能的巨大潜力。近日，韩国科学技术高等研究院 (KAIST) Hee-Tae Jung，Hyeonsu  Jeong，Yousung  Jung等合成了均质 Ru-Cu 合金纳米粒子 (Ru-Cu NPs) ，并用做高效的 NRR 电催化剂。

本文要点：

1）在三维 (3-D) 纤维素/碳纳米管 (CNT) 海绵上使用碳热冲击 (CTS) 方法使不混溶的 Ru 和 Cu 在原子尺度上以高纳米颗粒（NPs）密度均匀混合。

2）理论计算研究表明，均匀混合的Ru-Cu NPs通过抑制质子吸附和强N₂结合能力促进*NNH的形成，表现出选择性NRR。使用 3-D 纤维素/CNT 海绵基底形成高密度的均质 Ru-Cu NPs，可在每个区域诱导大的催化位点，以实现高效的 NRR。

3）纤维素/CNT 海绵上的 Ru-Cu 均质 NPs 合金表现出高的选择性和 NH₃ 形成率，分别为 ~31% 和 -73 μmol/h/cm²。这是现有 Ru 基合金金属组合中选择性和 NH₃ 形成率的最高值。

该工作为使用 CTS 方法将各种均质合金应用于高性能电催化 NRR 提供了可行的见解。

Chansol Kim, et al. Atomic-Scale Homogeneous Ru–Cu Alloy Nanoparticles for Highly Efficient Electrocatalytic Nitrogen Reduction. Adv. Mater., 2022

DOI: 10.1002/adma.202205270

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205270