氨是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一種重要化學(xué)物質(zhì)，但是傳統(tǒng)的制氨Haber-Bosch法具有能耗高和污染排放的缺點(diǎn)。電化學(xué)制氨是一種綠色的方法，但氮的低溶解度和N≡N三鍵斷裂的困難限制了氨的高效合成。硝酸鹽的高水溶性和低鍵能使其成為N2的替代品，利用硝酸鹽污染物作為氮源，在環(huán)境條件下電催化合成氨(NRA)是一種巧妙的方法。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，天津大學(xué)于一夫和張兵等通過簡單的熔鹽法，成功制備了在碳紙上生長的非晶RuO2納米片(a-RuO2)。
為了進(jìn)行比較，研究人員還合成了另外兩種具有低結(jié)晶度和高結(jié)晶度的對應(yīng)物，分別命名為lc-RuO2和hc-RuO2。性能測試結(jié)果顯示，a-RuO2對NRA表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，具有高法拉第效率(97.46%)和選擇性(96.42%)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過lc-RuO2(法拉第效率55.27%，選擇性77.76%)和hc-RuO2(法拉第效率7.03%，選擇性19.22%)；并且15N同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)證實(shí)了NRA產(chǎn)生的氨全部來源于溶液中的NO3-。
原位ATR-FTIR、ATR-FTIR、DEMS和理論計(jì)算表明，a-RuO2中無序的原子排列使其具有豐富的氧空位，這可以調(diào)節(jié)催化劑的d帶中心和氫親和性，降低PDS(NH2*→NH3*)所需的能量(0.08eV)，從而獲得最佳的氨合成性能。本研究為構(gòu)建可控制的無序結(jié)構(gòu)催化劑提供了一種簡便的熔鹽合成方法，可用于高效電催化NRA。
Structurally Disordered RuO2 Nanosheets with Rich Oxygen Vacancies for Enhanced Nitrate Electroreduction to Ammonia. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202202604
