由可再生能源驱动的硝酸盐 (NO3-) 电还原为氨 (NH3) 作为哈伯-博世工艺的一种环保且有前景的替代品引起了人们的极大兴趣。然而,缓慢的动力学阻碍了其大规模应用。
在这里,中科院化学所韩布兴院士,Xiaofu Sun首次计算了含氮物质(*NO3和*NO2)的结合能和Cu与不同金属掺杂剂的析氢反应的自由能,结果表明Zn是一个有前途的候选者。
文章要点
1)基于理论研究,设计并合成了Zn掺杂的Cu纳米片,所制备的催化剂在NO3-转化NH3过程中表现出了优异的性能。NH3的最大法拉第效率(FE)可达98.4%,收率高达5.8 mol g-1 h-1,是迄今为止最好的结果之一。该催化剂还具有优异的循环稳定性。
2)同时,它在较宽的电位范围和NO3-浓度范围内也呈现出超过90%的FE。详细的实验和理论研究表明,Zn掺杂可以调节中间体的吸附强度,增强NO2-转化率,将*NO吸附构型改变为桥吸附,并降低能垒,从而使NO3-to- NH3具有优异的催化性能。
参考文献
Limin Wu, et al, Boosting Electrocatalytic Nitrate-to-Ammonia via Tuning of NIntermediate Adsorption on a Zn-Cu Catalyst, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307952
DOI: 10.1002/anie.202307952
https://doi.org/10.1002/anie.202307952