何颂贤NanoEnergy:1+1>2!协同调节局部环境以促进电化学NRR

华算科技 2024-02-11 17:02:05

硝酸盐电化学转化为氨被广泛认为是一种“一石二鸟”的方法,其既可以缓解水中的硝酸盐污染,同时产生有价值的NH3。然而,由于缺乏用于实际应用的有效电催化剂,要实现有效的硝酸盐电化学转化仍然具有挑战性。 基于此,香港城市大学何颂贤课题组首次报道了不对称Cu-Ov-W位点(Ov代表氧空位)和相邻Mo簇之间的协同效应(Mo/H-CuW),其能够调整催化剂活性位点周围的局部电子环境,从而显着增强硝酸盐还原性能。

具体而言,Ar等离子体诱导的高浓度不对称Cu-Ov-W位点在含NO3-的溶液中保持O的吸附和解吸之间的动态平衡,导致分子“易来易去”。同时,d波段中心的上移表明Ov作为活性位点吸附NO3-并削弱N=O键。这直接加速了从*NOH到*N的还原。此外,Mo簇在接受NO3-中的未配对电子和加速质子化过程中起电荷补偿作用,导致Mo/H-CuW上的反应决速步的能量降低,从而促进反应的进行。

因此,Mo/H-CuW可以达到很高的NH3法拉第效率(94.60%)和在-0.7 V vs. RHE下5.84 mg h-1 mgcat.-1的氨气产率,并且其还表现出显著的反应稳定性,比迄今为止报道的用于NO3RR的大多数非贵金属氧化物电催化剂更优越。这项工作证实了不对称Ov和离子簇的协同效应能够促进NO3RR性能,并为设计高效电催化剂活性位点周围的局部环境提供了新的策略。

Synergistic Modulation of Local Environment for Electrochemical Nitrate Reduction via Asymmetric Vacancies and Adjacent Ion Clusters. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107338

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