清华深研院ACS Catal.: 脉冲电催化立大功，促进Co@Cu NW串联催化NO3−还原为NH3
学术
2024-12-07 10:30
广东
在NO3RR反应中，串联反应将NO3−转化为NH3反应分为两个步骤：从NO3−转化为NO2−的2e−过程和从NO2−转化为NH3的6e−过程。催化位点的空间分离是实现有效串联催化的关键。其中，Cu/Co串联催化已被最广泛地研究，Cu基催化剂可以将NO3−转化为NO2−而Co基催化剂能够将NO2−转化为NH3。Cu基催化剂在低电位下可以将NO3−转化为NO2−，但随着电位的增加，其能够将NO3−直接转化为NH3。相反，Co基催化剂的NO2−转化效率随着电位的降低而显著降低。因此，协调两相的逐步催化能力对空间串联催化提出了挑战。时间分离策略涉及改变测试条件以使NO3−至NO2−和NO2−至NH3反应在相同催化剂上相对独立地发生，从而能够实现可控的两步催化反应。在脉冲电催化的基础上，研究了Cu单原子催化剂上的反应，证实了脉冲催化NO2−介导NO3RR的可行性。基于此，清华大学深圳国际研究生院席靖宇课题组以Co@Cu纳米线(NW)为催化剂，开发了一种具有Co相和Cu相双活性中心的NO2−介导脉冲电催化NO3RR反应。实验结果表明，在反应过程中，Cu中心在低电位下迅速将NO3−转化为NO2−，在催化剂表面形成局部高浓度的NO2−。随后，通过切换到一个高电位，Co中心充分利用其优越的能力，将NO2−转化为NH3，从而完成一个周期的脉冲催化。此外，脉冲低电位驱动催化剂表面的NO3−被还原为NO2−；当切换到高电位时，作为主要反应物的NO2−优先被还原，从而在一定程度上抑制了HER。在脉冲NO3RR过程中，Co@Cu NW催化剂在−0.2和−0.7 VRHE脉冲电压下的最大NH3生产速率和法拉第效率分别为5148.6 μg h−1 cm−2和88.6 ± 2.7%。此外，Co@Cu NW在连续15次运行中具有优异的重复性和整体稳定性，并且在48小时长期脉冲NO3RR过程中的脉冲曲线没有任何波动。稳定性测试后Co@Cu NW的形貌和结构几乎保持不变，证实了其优异的稳定性。总的来说，该项工作揭示了双组分活性位点协同脉冲催化NO3RR的机理，为设计和开发高效的脉冲电催化剂用于有效催化NO3RR或是其他反应提供了理论依据。Nitrite-mediated pulsed electrocatalytic nitrate reduction to ammonia over Co@Cu NW with dual active sites. ACS Catalysis, 2024. DOI: 10.1021/acscatal.4c03782高端测试，找华算 ！同步辐射全球机时三代光源，机时充裕，保质保量，最快一周出结果！👉 限时特惠项目：XPS、红外、SEM、SEM云视频、ICP元素分析、EPR、BET、压汞......低至30元/样起！🏅 500+博士团队护航，助力20000+研究在Nature&Science正刊及子刊、Angew、AFM、JACS等顶级期刊发表！![]()
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