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氨（NH₃）作为关键的化工原料，广泛应用于农业、制药和能源等行业。然而，传统合成氨方法（如哈柏法）高能耗且依赖高温高压操作，导致大量碳排放。电催化硝酸盐还原反应（NIRR）作为一种温和的氨生成方式，近年来得到了研究者的关注。钛氢化物作为氢供体材料，通过晶格氢的参与来提升NIRR反应中的氢化反应效率，为绿色合成氨提供了一种具有应用前景的替代方案。
成果简介
本研究开发的钛氢化物电催化剂在NIRR反应中展示了出色的活性和稳定性，能够在低电压下实现高电流密度，并保持高的氨选择性。实验结果显示，在电化学氢化作用下，钛氢化物的晶格氢能够有效参与反应，从而大大增强了氢化过程的活性。该研究不仅揭示了钛氢化物晶格氢在电催化中的重要作用，还通过同位素标记实验证实了氢的动态转移机制，为未来低能耗合成氨提供了理论指导。
研究亮点
高效电催化性能：钛氢化物电催化剂在硝酸盐还原至氨的过程中表现出卓越的电流密度和氨生成速率。
晶格氢的动态转移机制：通过同位素追踪实验证实晶格氢的参与，揭示了钛氢化物中的氢平衡和传递机制。
低碳足迹的绿色氨合成策略：提供了一种基于钛氢化物的可持续氨生成新思路，为工业上减少碳排放提供了可行的路径。
配图精析
图1：钛氢化物电催化剂的制备及其结构表征。该图展示了通过电化学氢化形成的钛氢化物的晶格结构，并通过X射线衍射（XRD）等表征手段验证了氢化反应的发生。
图2：钛氢化物电催化剂的活性位点示意图。该图通过电子显微镜图像展示了钛氢化物的表面形貌及其在NIRR反应中的作用。
图3：钛氢化物和传统钛基材料的电化学性能对比图。通过线性扫描伏安（LSV）曲线、塔菲尔曲线和电化学阻抗谱（EIS）数据对比了不同催化剂在NIRR反应中的电催化活性。
图4：钛氢化物中晶格氢的同位素标记实验。利用氘标记实验揭示了晶格氢在NIRR反应中作为氢源的动态转移机制。
图5：理论计算机理分析与验证。
展望
本研究通过揭示晶格氢在钛氢化物中的动态转移机制，为电催化硝酸盐还原至氨的高效催化剂设计提供了新的视角。未来，这一策略有望拓展至其他金属氢化物催化剂，从而推动绿色氨生产的工业化应用，为实现低碳社会贡献力量。
文献信息
期刊：Nature Communications
DOI：10.1038/s41467-024-53833-x
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53833-x
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