氨(NH3)的工業(yè)合成仍然依賴于傳統(tǒng)的Haber–Bosch法，這造成大量的能源消耗和溫室氣體排放。因此，綠色、可持續(xù)的電化學(xué)氨合成方法近年來受到電催化領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。其中，電催化還原一氧化氮(NO)不僅為NH3的生成提供了一種有前途的策略，而且緩解了人為破壞的N循環(huán)平衡。然而，開發(fā)高效的電催化劑來提高NO電還原性能仍然是一個重大的挑戰(zhàn)。
基于此，湖南大學(xué)王雙印、陳晨和多倫多大學(xué)Chandra Veer Singh等采用水熱法制備了六方鈷納米片(hcp-Co)，以用于高效電催化NO還原。實驗結(jié)果表明，所制備的hcp-Co催化劑在?0.6 VRHE下的NH3產(chǎn)率和法拉第效率分別為439.50 μmol cm?2 h?1(1465.0 μmol h?1 mgcat?1)和72.58%。為了進一步突出這種hcp相的優(yōu)點，研究人員在H2/Ar混合氣氛中合成了具有fcc相的Co納米片(fcc-Co)，其NH3產(chǎn)率和法拉第效率分別為142.10 μmol cm?2 h?1和57.12%，顯著低于hcp-Co。此外，在六個循環(huán)中，NH3對hcp-Co催化劑的產(chǎn)率和法拉第效率的保留率分別為94.04%和91.62%，表明該催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。理論計算表明，hcp-Co在費米能級處表現(xiàn)出較高的下旋電子活性，有利于NO分子的活化。同時，與fcc-Co中的ΔG(?0.67 eV)相比，hcp-Co(?0.80 eV)中的質(zhì)子擴散高度有利，表明hcp-Co中更多的質(zhì)子源用于NO的質(zhì)子化，hcp-Co中的質(zhì)子穿梭效應(yīng)提高了其電催化效率。此外，采用hcp-Co作為正極組裝的Zn?NO電池的功率密度為4.66 mW cm?2，優(yōu)于目前文獻報道的其他Zn?NO電池的性能?？傊擁椆ぷ鞑粌H為高效電催化NO還原反應(yīng)生產(chǎn)氨提供了一種有效的電催化劑，而且其催化劑制備策略也為NORR電催化劑的高效設(shè)計提供了思路。Hexagonal Cobalt Nanosheets for High-Performance Electrocatalytic NO Reduction to NH3. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c00276
