文章要点
作者引入了一种用于串联催化剂设计的简便电化学驱动相分离策略，该策略与以前基于顺序组装或沉积的方法不同，能够原位形成多个活性中间相和丰富的相界面，以实现反应中间体的快速溢出和运输。作为概念验证，通过将预合成的 Cu-Co 双元金属硫化物电化学转化为铜箔上的核壳 Cu/CuOx 和 Co/CoO 相来实现这种催化剂合成策略。采用钴基相作为串联催化剂的子组分的灵感来自先前报道的钴基材料和配合物在 NO3RR 和特定 NO2 − 到 NH3 转化过程中对 NH3 生成的高选择性。通过电催化测试、动力学研究、原位扫描电化学显微镜 （SECM） 和原位拉曼光谱表明，在低过电位下，内部 Cu/CuOx 相优先催化 NO3 − 还原为 NO2 −，而外层 Co/CoO 相选择性催化 NO2 − 还原为 NH3，两者可以结合用于快速“串联”NH3 合成。结果， NO3 − 到 NH3 的转化，在 -0.175V 与 RHE 宽 NO3 − 浓度范围内，FE 为 93.3 ± 2.1%，在 pH 13 和 ~36% 的半电池能效下，NH3 的高产率为 1.17mmolcm-2 h-1 在 0.1M NO3 中-1-半电池能效为 ~36%，超过了大多数以前的报告。
图 1 催化剂的结构表征
图 2 NO3 − 到 NH3 的转化性能
图 3 NO3RR 催化反应动力学和机理评价
图 4 CuSP、CoSP 和 CuCoSP 催化剂的表面相组成。
图 5 催化剂的原位拉曼光谱和 CuCoSP 催化剂的串联机理示意图
