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JACS：法拉第效率高达72.58%！六方钴纳米片高效电催化NO还原制NH3

时间：2023-04-15 来源： 浏览：

JACS：法拉第效率高达72.58%！六方钴纳米片高效电催化NO还原制NH3

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氨(NH 3 )的工业合成仍然依赖于传统的Haber–Bosch法，这造成大量的能源消耗和温室气体排放。因此，绿色、可持续的电化学氨合成方法近年来受到电催化领域研究人员的广泛关注。其中，电催化还原一氧化氮(NO)不仅为NH 3 的生成提供了一种有前途的策略，而且缓解了人为破坏的N循环平衡。然而，开发高效的电催化剂来提高NO电还原性能仍然是一个重大的挑战。
基于此， 湖南大学王双印 、 陈晨 和 多伦多大学Chandra Veer Singh 等采用水热法制备了六方钴纳米片(hcp-Co)，以用于高效电催化NO还原。
实验结果表明，所制备的hcp-Co催化剂在−0.6 V RHE 下的NH 3 产率和法拉第效率分别为439.50 μmol cm −2 h −1 (1465.0 μmol h −1 mg cat −1 )和72.58%。
为了进一步突出这种hcp相的优点，研究人员在H 2 /Ar混合气氛中合成了具有fcc相的Co纳米片(fcc-Co)，其NH 3 产率和法拉第效率分别为142.10 μmol cm −2 h −1 和57.12%，显着低于hcp-Co。此外，在六个循环中，NH 3 对hcp-Co催化剂的产率和法拉第效率的保留率分别为94.04%和91.62%，表明该催化剂具有优异的稳定性。
理论计算表明，hcp-Co在费米能级处表现出较高的下旋电子活性，有利于NO分子的活化。同时，与fcc-Co中的ΔG(−0.67 eV)相比，hcp-Co(−0.80 eV)中的质子扩散高度有利，表明hcp-Co中更多的质子源用于NO的质子化，hcp-Co中的质子穿梭效应提高了其电催化效率。
此外，采用hcp-Co作为正极组装的Zn−NO电池的功率密度为4.66 mW cm −2 ，优于目前文献报道的其他Zn−NO电池的性能。总之，该项工作不仅为高效电催化NO还原反应生产氨提供了一种有效的电催化剂，而且其催化剂制备策略也为NORR电催化剂的高效设计提供了思路。
Hexagonal Cobalt Nanosheets for High-Performance Electrocatalytic NO Reduction to NH 3 . Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c00276
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