在環(huán)境條件下，直接電化學(xué)NO還原反應(yīng)(NORR)是一種將有毒NO轉(zhuǎn)化為可用的NH3有效策略。然而，由于目前所開發(fā)的NORR電催化劑面臨轉(zhuǎn)化效率和耐久性差的限制，該策略實現(xiàn)實際應(yīng)用仍具有挑戰(zhàn)性。釕(Ru)是一種具有前景的NORR電催化劑，將Ru原子置于富電子環(huán)境中可以提高其本征活性。此外，將Ru單原子錨定在供電子基底上或?qū)u與電負(fù)性較低的金屬合金化是創(chuàng)造富電子環(huán)境的兩種主要策略，也有利于減少昂貴的Ru的使用。
基于此，北京科技大學(xué)魯啟鵬、天津大學(xué)于一夫和中科院理化所夏靜等利用基底錨定熱退火策略，成功合成了粒徑為5.4±0.6 nm的體心立方RuGa (bcc RuGa) IMCs。在bcc結(jié)構(gòu)中，Ga原子占據(jù)頂點，而Ru原子位于體中心。綜合結(jié)構(gòu)表征結(jié)果表明，bcc RuGa IMCs中Ru原子具有單分散特性，以及頂點Ga原子和體中心Ru原子具有強(qiáng)供體-受體相互作用。因此，在電催化NORR中，bcc RuGa IMCs表現(xiàn)出顯著提升的活性和耐久性，實現(xiàn)高的NH4+產(chǎn)量(320.6 μmol h-1 mg-1Ru)，以及在-0.2 V下的法拉第效率為72.3%。密度泛函理論(DFT)計算表明，在bcc RuGa IMCs中，富電子Ru原子促進(jìn)電子從Ru原子轉(zhuǎn)移到*HNO中間體，優(yōu)化了*HNO中間體的吸附/活化，降低了PDS的能壘，從而有效提高NORR性能。這項工作揭示了合理設(shè)計NORR催化活性位點的重要性。所提出的晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控策略將為開發(fā)先進(jìn)的貴金屬基電催化劑開辟新的途徑。Isolated Electron-Rich Ruthenium Atoms in Intermetallic Compounds for Boosting Electrochemical Nitric Oxide Reduction to Ammonia. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202213351
