工業(yè)氨(NH3)生產(chǎn)中采用的主要方法是Haber-Bosch法。然而，該方法存在高溫高壓條件、轉(zhuǎn)化效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。考慮到過量的硝酸鹽(NO3?)離子對(duì)自然氮循環(huán)和人類健康的影響，選擇性NO3?電還原為NH3 (NO3ER)是一種很有前途的途徑。而NO3ER是一個(gè)復(fù)雜的8電子過程，動(dòng)力學(xué)緩慢，并且競爭性陰極析氫反應(yīng)(HER)往往導(dǎo)致NH3的產(chǎn)率較低。
在許多工業(yè)過程中，酸性NO3?廢水普遍存在，因此在酸性環(huán)境中實(shí)現(xiàn)NO3ER是非常理想的，這不僅滿足了這些工業(yè)工藝的要求，而且避免了與現(xiàn)有處理方法相關(guān)的額外成本和能源消耗。還應(yīng)注意到的是，從酸性NO3?廢水中回收可循環(huán)利用的NH3需要設(shè)計(jì)和開發(fā)具有高活性和高選擇性的耐腐蝕電催化材料。近日，陜西師范大學(xué)陳煜和華中科技大學(xué)李富民等提出了一種簡單的氰凝膠還原法來合成原子厚度的RhNi金屬烯，并通過選擇性化學(xué)刻蝕方法將其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為具有獨(dú)特Rh表層結(jié)構(gòu)的RhNi@Rh金屬烯催化劑(RhNi@Rh BMLs)。由于超薄的2D形態(tài)和精細(xì)的表面結(jié)構(gòu)，RhNi@Rh BMLs在酸性介質(zhì)中的NO3?-NH3活性和選擇性顯著增強(qiáng)。FTIR分析表明，RhNi@Rh BMLs有效地緩解了NO2*/NH2*吸附誘導(dǎo)的Rh溶解，從而在酸性介質(zhì)中達(dá)到超過400小時(shí)的穩(wěn)定性。理論計(jì)算表明，由于晶格壓縮，RhNi@Rh BMLs的Rh表層結(jié)構(gòu)中的Rh原子的d帶中心下移，這一結(jié)構(gòu)特征降低了NO*還原為NOH*步驟的能壘，減弱了NO2*/NH3*在Rh上的吸附。因此，在酸性條件下，RhNi@Rh BMLs的NH3的法拉第效率高達(dá)98.4%，NH3產(chǎn)率為13.4 mg h?1 mgcat?1。此外，研究人員組裝了一種配備RhNi@Rh BMLs陽極的堿酸混合Zn-NO3?電池(AAZNB)，可以同時(shí)產(chǎn)生NH3和電力，該電池顯示出1.39 V的開路電壓和10.5 mW cm-2的功率密度，證實(shí)了RhNi@Rh BMLs的實(shí)際應(yīng)用潛力?？偟膩碚f，該項(xiàng)工作證明了在酸性NO3ER過程中吸附誘導(dǎo)的金屬溶解行為，為設(shè)計(jì)具有增強(qiáng)的NH3選擇性和超高穩(wěn)定性的催化劑提供了思路。RhNi bimetallenes with lattice-compressed Rh skin towards ultrastable acidic nitrate electroreduction. Advanced Materials, 2024. DOI: 10.1002/adma.202314351
