氨（NH3）在現(xiàn)代社會(huì)中起著極其重要的作用，它是制造氮肥、含氮藥物、高分子材料、染料等的關(guān)鍵原料。工業(yè)合成氨主要依賴于具有百年歷史的Haber-Bosch工藝，該工藝需要高溫、高壓條件（溫度400-500 °C，壓力150-300 atm），導(dǎo)致了嚴(yán)重的能源消耗和碳排放。綠電驅(qū)動(dòng)的硝酸鹽還原反應(yīng)（NO3RR）被認(rèn)為是傳統(tǒng)Haber-Bosch工藝大規(guī)模合成氨的有力補(bǔ)充。這主要得益于硝酸鹽離子的高溶解度和低的N=O鍵能（204 kJ mol?1），使得電催化NO3RR的氨生成動(dòng)力學(xué)相較于氮?dú)膺€原反應(yīng)（NRR）提高了3-4個(gè)數(shù)量級。盡管如此，目前電催化NO3?到NH3的轉(zhuǎn)化仍然受到低的NH3產(chǎn)率和法拉第效率（FE）的限制。 最近，杭州師范大學(xué)葉偉副教授，山東大學(xué)熊勝林教授團(tuán)隊(duì)受自然界的水流過程總是自發(fā)地經(jīng)歷最低能量路徑的啟發(fā)，發(fā)展了一種基于連續(xù)中間體溢流策略來顯著提高NO3RR還原的活性和法拉第效率。構(gòu)建了一種雙單原子合金催化劑用于NO3RR，最后將其用于鋅-硝酸鹽電池。
研究人員合成了在鈀金屬烯晶格中錨定的原子級分散的Mo和Fe位點(diǎn)，研究結(jié)果表明，Mo位點(diǎn)促進(jìn)了NO3?到NO2?的轉(zhuǎn)化，F(xiàn)e位點(diǎn)促進(jìn)了NO2?到NH3的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)的NO3RR。結(jié)合原位譜學(xué)表征和理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，N-中間體在Mo和Fe位點(diǎn)之間來回躍遷了三次，相較于固定的Mo位點(diǎn)和Fe位點(diǎn)，所有基元步驟的能壘都顯著下降。此外，Mo和Fe的引入優(yōu)化了催化劑的界面水結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了水裂解提供活性氫原子（*H），抑制了*H與*H的耦合產(chǎn)生氫氣。最終，該雙單原子合金金屬烯催化劑展現(xiàn)出13.4 mol gcat.–1 h–1氨生成活性以及94.6%的法拉第效率，在流動(dòng)池中可以穩(wěn)定循環(huán)300小時(shí)，最終從電解液中分離得到了9.36 g的NH4Cl粉末。 論文信息 Continuous Intermediates Spillover Boosts Electrochemical Nitrate Conversion to Ammonia over Dual Single-Atom Alloy Dr. Wei Ye, Yuanhui Yao, Dr. Xiaofei Wei, Dr. Mengqiu Xu, Shuang Zhao, Dr. Wei Wang, Dr. Gan Jia, Prof. Fangna Dai, Prof. Peng Gao, Prof. Xiaoqing Lu, Dr. Xiaogang Li, Prof. Baojuan Xi, Dr. Nana Wang, Prof. Shenglin Xiong Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202509303
