通过电催化将一氧化氮（NO）还原成氨气（NH3）是改善被破坏的氮循环平衡的潜在解决方案，遗憾的是，设计用于一氧化氮还原反应（NORR）的高效电催化剂仍然是一项显著挑战，尤其是在低浓度条件下。
该研究报道了一种置换合金化策略，通过加入Ru成功诱导了负载在碳纳米片上的Co纳米颗粒从面心立方（fcc）结构向六方紧密堆积（hcp）结构的相变。所获得的具有hcp相结构的RuCo合金（hcp-RuCo）具有明显的NORR活性，其法拉第效率达到了创纪录的99.2%，在-0.1V电压下与可逆氢电极（NO浓度为1vol%）相比，NH3产率为77.76μgh-1mgcat-1，超过了具有fcc相结构的Co纳米颗粒和大多数已报道的催化剂。密度泛函理论DFT计算表明，hcp-RuCo的优异NORR活性可归因于Co位点电子结构的优化和通过相变降低潜在速率决定步骤的能垒。此外，以hcp-RuCo为阴极组装的Zn-NO电池的功率密度达到2.33mWcm-2，NH3产率达到45.94μgh-1mgcat-1。该研究为低浓度NO转化提供了一个前景广阔的研究视角。
DOI：10.1002/adma.202408580
该研究提出了一种置换合金化方法，通过加入Ru（hcp-RuCo），有效地诱导负载在碳纳米片上的Co纳米粒子从面心立方（fcc-Co）向六方紧密堆积结构的相变。由此产生的hcp-RuCo合金纳米颗粒在-0.1V电压下与可逆氢电极（RHE）相比，在1%的氮氧化物浓度下表现出显著的NORR活性（法拉第效率，99.2%；NH3产率，77.76μgh-1mgcat-1），优于fcc-Co纳米颗粒和大多数已报道的催化剂。此外，当采用hcp-RuCo纳米颗粒作为Zn-NO电池的阴极时，组装系统的功率密度达到2.33mWcm-2，NH3产量达到45.94μgh-1mgcat-1。密度泛函理论DFT计算表明，相变优化了活性位点的电子结构，降低了潜在速率决定步骤的能垒。
总之，该研究开发了一种置换-合金化策略，成功合成了具有hcp相结构的碳纳米片负载的RuCo纳米颗粒，用于高效稳定地电催化还原1%NO为NH3。实验结果表明，hcp-RuCo纳米颗粒的法拉第效率高达99.2%，在低电位下的NH3产率为77.76μgh-1mgcat-1，超过了fcc-Co和大多数已报道的电催化剂。在组装好的Zn-NO电池中加入hcp-RuCo纳米颗粒作为阴极，可产生优异的性能，功率密度为2.33mWcm-2，NH3产量为45.94μgh-1mgcat-1。该系统可同时发电、产生NH3和消除NO，从而提出了解决这些挑战的多元方法。理论计算表明，相变改善了活性位点的电子结构，降低了决定速率步骤的能垒。因此，该研究为解决环境中低浓度NO排放问题提供了一种多功能解决方案。该领域的进一步研究有望推动更高效、更可持续的NO气体转化技术。
■密度泛函理论DFT计算：电荷密度、态密度DOS、能带、费米能级、功函数、ELF；介电常数、弹性模量、声子谱；吉布斯自由能、吸附能、掺杂能、缺陷形成能；HER、OER、ORR、NRR、CO2RR；反应路径、反应机理、迁移能垒等
■量子化学QC计算：静电势、偶极矩、布居数、轨道特性、自旋密度、Fukui函数；激发态、跃迁偶极矩；氢键、π-π堆积、疏水作用力；过渡态、反应能垒、反应机理；红外、拉曼、荧光、磷光、核磁谱、圆二色谱等
■分子动力学MD模拟：生物体系弱相互作用分析、受体-配体组装过程、结合自由能；材料体系的高分子构象预测、材料与溶液界面性质、粗粒化模拟；轨迹分析RMSD/RMSF、径向分布函数RDF、扩散、氢键数量；分子对接；同源建模；虚拟筛选、定量构效关系QSAR
■有限元FEM仿真：结构仿真（接触分析、非线性分析、振动/疲劳/传热/裂纹/碰撞分析）；电磁仿真（电场、磁场、电磁耦合、磁热耦合、射频微波）；流体仿真（多相流体、组分运输、流体传动、相变）；光学/声学仿真相关
