Angew. Chem.:界面电子相互作用促进的电催化NO₃-还原合成NH₃

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由于NO3-极强的溶解性和稳定性,水体中高浓度的NO3-引发了一系列环境和人体健康问题。电催化还原硝酸根产氨(NRA)技术可以克服Haber-Bosch工艺的高污染和高碳排放量限制,具有长远的环保和节能意义。

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在众多NRA材料中,Co3O4对合成NH3表现出较高的选择性,但其固有的大带隙导致其NO3-转化率和产NH3速率仍较差。此外,由于NO3-分子的最低未占据分子π*轨道(LUMO π*)的能量较高,难以向π*轨道注入电荷,因此NRA的动力学缓慢,需要更负的电位和更高的活化能。

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界面电子相互作用(IEIs)能够调节电催化剂的电子性质及中间体的吸/脱附性能,被广泛应用于各类电化学反应。在近日,郑州大学的徐丽教授和曹春梅副教授设计开发了具有IEIs的Ag1.5Co/CC催化剂,用于环境高效电催化NRA。Ag1.5Co/CC在中性电解液中表现出极为优异的NRA性能,其NO3-N转化率为96.86%,NH3法拉第效率为96.11%,以及NH3选择性接近100%。

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Ag与Co3O4间的IEIs稳定了Co3O4中的八面体单元CoO6,提高了NO3-及中间产物(NO2-和NO)的吸附能,同时抑制了HER竞争反应,从而促进了NRA活性。结合DEMS和DFT计算结果,揭示了Ag1.5Co/CC催化剂上电催化还原NO3-产NH3的串联催化反应机制。该工作为利用硝酸盐废液进行环境修复和合成氨提供了有益的见解。

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文信息

Interfacial Electronic Interactions Promoted Activation for Nitrate Electroreduction to Ammonia over Ag-Modified Co3O4

Zhenhai Fan, Prof. Chunmei Cao, Xingchuan Yang, Wenchuang Yuan, Feiyang Qin, Yating Hu, Xiaobo Sun, Guoji Liu, Prof. Yun Tian, Prof. Li Xu


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202410356

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