近日，天津大学材料科学与工程学院朱胜利教授金属功能材料研究团队在国际知名材料期刊ACS Catalysis上发表题为“Dynamically Restructuring Nanoporous Cu-Co Electrocatalyst for Efficient Nitrate Electroreduction to Ammonia”的研究论文，其中2020级博士研究生周雪为该论文第一作者。

电催化硝酸根还原合成氨（NITRR）被认为是一种处理硝酸盐废水和绿色合成氨（NH₃）的有效方法。然而，该反应中多电子/质子转移过程导致了反应动力学的缓慢，特别是在加氢步骤，造成了NH₃产率和法拉第效率的受限。基于此问题，本文报道了一种纳米多孔Cu-Co高效电催化剂用于NITRR。该催化剂在200和1400 ppm的NO₃⁻-N电解液中，分别实现了689.8 mmol h⁻¹ g_cat⁻¹和2092.0 mmol h⁻¹ g_cat⁻¹的高NH₃产率和85.3%和91.5%的法拉第效率。原位拉曼光谱表明，在NITRR过程中，CuCo合金通过与NO₃^-之间化学/电化学反应平衡，原位重构生成了Cu/CoOOH异质结催化剂。该Cu/CoOOH异质结催化剂对中间体*NO₂表现出更强的结合力，降低了形成*NO₂H的决速步的反应能垒，有效促进了NO₃⁻向NH₃的还原。本研究阐明了阴极催化剂在电化学反应过程中的动态结构演化机制，为设计高效电催化NO₃⁻还原反应催化剂提供了思路。

图1. 纳米多孔CuCo催化剂的制备流程示意图及结构表征。

图2. 纳米多孔CuCo催化剂的NITRR性能。

图3. 在1 M KOH中，不同施加电位下np-CuCo催化剂在（a）含有和 (b) 不含有NO₃⁻电解质的电化学原位拉曼光谱；(c) 在电解液中浸泡时np-CuCo催化剂的原位拉曼光谱；(d) np-CuCo在NITRR过程中的结构演变机制示意图。

图4 Cu/CoOOH异质结催化剂在NITRR反应中的理论模拟计算

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.4c03336

文章DOI号：10.1021/acscatal.4c03336