硝酸是一種重要的化工原料，已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中。然而，目前工業(yè)上主要通過Haber-Bosch（氮?dú)庵瓢保┖蚈stwald（氨氧化制硝酸）兩步法實(shí)現(xiàn)從氮?dú)獾较跛岬暮铣桑嬖诟吣芎?、重污染等?yán)重問題。電化學(xué)氧化氮?dú)庵苯雍铣上跛嵊型鉀Q這一難題。
石墨炔的獨(dú)特的化學(xué)和電子結(jié)構(gòu)，使其具有不均勻的電荷分布、大π共軛結(jié)構(gòu)、大的比表面積和獨(dú)特的二π鍵效應(yīng)可選擇性高效穩(wěn)定錨定金屬原子。石墨炔與金屬原子之間的非整數(shù)電荷轉(zhuǎn)移為催化體系帶來了高本征活性、高選擇性和穩(wěn)定性?？稍谌我饣妆砻鏈睾涂煽厣L等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)生長化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成明確、價(jià)態(tài)清楚的高性能界面，為克服常溫常壓下固氮制硝酸領(lǐng)域的瓶頸問題提供了新思路。
近日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所李玉良院士研究團(tuán)隊(duì)巧妙利用石墨炔獨(dú)特結(jié)構(gòu)性質(zhì)，提出了石墨炔sp-C調(diào)控金屬原子價(jià)態(tài)新策略，實(shí)現(xiàn)了對高氧化態(tài)鈷晶體形貌與結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控，在金屬原子和支撐體石墨炔之間實(shí)現(xiàn)了高效的非整數(shù)電荷轉(zhuǎn)移，并改變了Co原子配位環(huán)境，獲得了常溫、常壓下高選擇性、高效直接氮氧化制硝酸。
HOCo/GDY催化劑合成示意圖 石墨炔表面誘導(dǎo)HOCo納米晶可控自組裝生長，實(shí)現(xiàn)了對其晶體結(jié)構(gòu)和形貌的有效調(diào)控。
石墨炔與鈷原子之間存在明顯的不完全電荷轉(zhuǎn)移，d帶中心更靠近費(fèi)米能級，高效促進(jìn)了催化劑與吸附的氮?dú)夥肿又g電子轉(zhuǎn)移。 石墨炔穩(wěn)定的高價(jià)態(tài)的Co的HOCo/GDY催化劑，能選擇性地高效活化氮?dú)獠⑵滢D(zhuǎn)化為關(guān)鍵中間體 *NO，從而促進(jìn)氮?dú)庀蛳跛岬母咝мD(zhuǎn)化。在 1.6 V 電壓下，該催化劑的硝酸產(chǎn)率和法拉第效率分別達(dá)到 192.0 μg h–1 mg–1 和 21.5%，其性能顯著優(yōu)于其他已報(bào)導(dǎo)的催化劑。 論文信息 Controllable Assembly of Highly Oxidized Cobalt on Graphdiyne Surface for Efficient Conversion of Nitrogen into Nitric Acid Xuchen Zheng, Han Wu, Dr. Yang Gao, Siao Chen, Prof. Yurui Xue, Prof. Yuliang Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202316723
