盡管已經(jīng)開發(fā)了用于通過NO3RR生產(chǎn)NH3的各種電催化劑，但是NO3RR的實際應用仍面臨以下挑戰(zhàn)：一方面，高過電位會導致能量損失過大，增強競爭性析氫反應(HER)；另一方面，中性條件下緩慢的質(zhì)子供應導致反應效率降低。因此，目前迫切需要開發(fā)高效的中性NH3電合成電催化劑。碳基雙金屬催化劑在中性高效氨電合成方面顯示出巨大的實用潛力。然而，碳基錨定金屬催化劑分散性差，并且在中性介質(zhì)下NO3?電還原為NO2?的速率控制步驟緩慢。因此，合理構(gòu)建碳基雙金屬電催化劑來克服這些問題仍然具有挑戰(zhàn)性。
近日，貴州大學袁繼理和中國科學院力學研究所胡世威等通過局域腐蝕策略在多孔氮摻雜碳上制備RuxMoy納米合金，通過控制催化劑中Ru/Mo的比例可以實現(xiàn)有效的中性NH3電合成。實驗結(jié)果表明，最優(yōu)的Ru5Mo5-NC催化劑在?0.4 VRHE下的NH3法拉第效率高達98.3%，產(chǎn)率為1.3 mg h?1 mgcat?1；并且，在?0.25到?0.45 VRHE范圍內(nèi)的NH3法拉第效率均超過92.8%。此外，在NO3RR的連續(xù)循環(huán)實驗過程中，Ru5Mo5-NC上NH3的法拉第效率和生產(chǎn)速率幾乎不變，且反應后催化劑的形貌和多孔結(jié)構(gòu)保持良好，顯示出優(yōu)異的反應穩(wěn)定性。原位光譜表征和理論計算表明，Ru5Mo5-NC催化劑中Mo和Ru之間存在合理的協(xié)同作用，這促進了Ru位點上H*的形成并抑制H*進一步加氫生成H2，為反應提供了充足的H*供應；同時，協(xié)同Ru-Mo位點上的速率限制步驟由*NO3轉(zhuǎn)化為*HNO3變?yōu)?NO2轉(zhuǎn)化為*HNO2，并且該位點上從*NO到NH3呈現(xiàn)出自發(fā)過程，這顯著降低了反應的能壘，進而促進NH3的選擇性生成。總的來說，該項工作通過開發(fā)協(xié)同位點實現(xiàn)了中性條件下NH3的高效電合成，為開發(fā)高效多組分多相催化劑提供了新的策略。Regulating RuxMoy nanoalloys anchored on porous nitrogen-doped carbon via domain-confined etching strategy for neutral efficient ammonia electrosynthesis. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c03319
