【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學院大連化學物理研究所能源催化轉(zhuǎn)化全國重點實驗室碳基資源電催化轉(zhuǎn)化研究組(523組)包信和院士、高敦峰研究員團隊與復旦大學汪國雄教授團隊合作，在電化學合成氨研究方面取得新進展，提出了羥基吸附作為銅基催化劑上硝酸鹽電催化還原制氨反應(yīng)的選擇性描述符，為高效催化劑和電解質(zhì)的理性設(shè)計提供了新思路。
 

　　與能源密集型的哈伯-博施(Haber-Bosch)合成氨工藝相比，硝酸鹽電催化還原反應(yīng)(NO3−RR)利用可再生電能，將廢水中的NO3−污染物轉(zhuǎn)化為氨，是溫和條件下合成氨的重要途徑。銅基催化劑雖然表現(xiàn)出較好的NO3−RR性能，但仍存在反應(yīng)過電位高、易產(chǎn)生亞硝酸鹽副產(chǎn)物、能量效率較低等瓶頸問題。
 

　　在本工作中，團隊采用銅納米立方體作為模型催化劑，研究了NO3−RR產(chǎn)物分布對電極電勢和NO3−濃度的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，隨著電極電勢的負移和NO3−濃度的降低，氨的選擇性顯著提升。原位譜學表征和理論計算結(jié)果表明，這種依賴性源于催化劑表面羥基物種(*OH)的吸附狀態(tài)變化。具體而言，負移電極電勢和降低NO3−濃度均可削弱*OH吸附，進而促進水解離產(chǎn)生吸附氫物種(*H)，從而有利于硝酸根及其含氮中間產(chǎn)物的加氫反應(yīng)?；趯ι鲜龇磻?yīng)機理的認識，團隊提出了羥基吸附可作為銅基催化劑上硝酸鹽電催化還原制氨反應(yīng)的選擇性描述符，并將其應(yīng)用于指導催化劑和電解質(zhì)理性設(shè)計中，有效抑制了低過電位下亞硝酸鹽副產(chǎn)物的生成。
 

　　相關(guān)研究成果以“Hydroxyl Adsorption as a Selectivity Descriptor for Electrocatalytic Nitrate Reduction over Cu Catalysts”為題，于近日發(fā)表在《美國化學會-催化》(ACS Catalysis)上。該工作的第一作者是我所523組已畢業(yè)博士王毅。上述工作得到國家自然科學基金、中國科學院B類先導專項“能源電催化的動態(tài)解析與智能設(shè)計”、遼寧濱海實驗室、遼寧省興遼英才計劃、大連市杰出青年科技人才支持計劃、我所創(chuàng)新基金等項目的支持。