在環(huán)境條件下將廢硝酸鹽(NO3-)電催化轉(zhuǎn)化為有價值的氨(NH3)是替代Haber-Bosch工藝的綠色且有效的方法。然而，該反應(yīng)涉及多步電子和質(zhì)子轉(zhuǎn)移，這使得以節(jié)能方式驅(qū)動高速NH3合成成為一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。在此，波鴻魯爾大學(xué)Wolfgang Schuhmann課題組提出了一種串聯(lián)催化劑的設(shè)計(jì)概念，它(CuCoSP)耦合不同過渡金屬的中間相作為協(xié)同活性位點(diǎn)，在低過電位使高效NO3--NH3轉(zhuǎn)化成為可能。研究人員使用具有明確空間排列的Cu/CuOx-Co/CoO雜化物驗(yàn)證了這一概念，該雜化物通過 Cu/Co基二元金屬硫化物的電化學(xué)氧化還原活化誘導(dǎo)相重構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。在該串聯(lián)催化系統(tǒng)中，NO3-優(yōu)先在Cu/CuOx相上還原為NO2-，然后中間體NO2-將轉(zhuǎn)移到Co/CoO相上并選擇性地轉(zhuǎn)化為NH3，因此，兩個不同的相鄰金屬/金屬氧化物相上依次還原NO3-和NO2-導(dǎo)致催化劑能夠在低過電位下高速生成NH3。在-0.175 V vs. RHE下，CuCoSP催化劑在0.1 M NO3-中(pH為13)顯示出優(yōu)異的NH3法拉第效率(90.6%)和產(chǎn)率(1.17 mmol cm-2 h-1)，優(yōu)于大多數(shù)報道的NO3RR催化劑。盡管串聯(lián)催化廣泛用于非均相系統(tǒng)，但本研究直接證明了使用不同的電位依賴性中間相作為串聯(lián)催化位點(diǎn)的有效性，這種剪接過渡金屬活性相的概念為設(shè)計(jì)用于多步化學(xué)反應(yīng)的高性能、多功能電催化劑提供了策略。Splicing the Active Phases of Copper/cobalt-based Catalysts Achieves High-rate Tandem Electroreduction of Nitrate to Ammonia. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-28728-4
