支春义EES：Zn-亚硝酸盐电池作为能量输出电催化系统高效合成氨

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氨（ NH ₃ ）是一种无碳燃料，是生产化肥等化学品的必需品。在电催化体系中，有毒的亚硝酸盐（ NO ₂ ^- ）离子从受污染的水转化为 NH ₃ 具有极高的环境可持续吸引力，并且该体系有望从能量输入转变为能量输出。

近日， 香港城市大学支春义教授 开发了一种 Zn-NO ₂ ^- 电池，同时作为电催化体系，可以同时降解 NO ₂ ^- ，产生 NH ₃ 和用来发电。

本文要点

要点 1.  纳米颗粒组装的碳掺杂钴氧化物（ C/C o ₃ O ₄ ）中空纳米管对 NO ₂ ^- 还原反应（ NO ₂ ^- RR ）具有高效率，在 -0.1~-0.6 V （相对于可逆氢电极）的宽电位范围内，法拉第效率（ FE ）接近 100% 。

要点2 .  研究人员发现，间隙 C 掺杂可以诱导局部电场引起电荷转移，从而降低了速率决定步骤（ *N + e ^- + H ₂ O → *NH + OH ^- ）的势垒，促进了 NO ₂ ^- RR 过程。

要点3 .  组装后的 Zn-NO ₂ ^- 电池的功率密度为 6.03 mW cm ^-2 ， NH ₃ FE 最高可达 95.1% 。因此，这项工作不仅开创了可持续能源供应和 NH3 电合成的 Zn-NO ₂ ^- 电池体系，而且为实现废水中 NO ₂ ^- 污染物的降解提供了一种有吸引力的电催化方法。

Rong Zhang, et al, A Zn-nitrite battery as an energy-output electrocatalytic system for high-efficiency ammonia synthesis by carbon-doped cobalt oxide nanotubes, Energy Environ. Sci., 2022

DOI: 10.1039/D2EE00686C

https://doi.org/10.1039/D2EE00686C

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