从低污染浓度的水中去除硝酸盐并随后将其电还原为更高价值的氨正变得越来越重要。然而，由于硝酸盐传质缓慢和反应界面试剂供应有限，该工艺仍然存在选择性和活性低的问题。

近日，苏州大学路建美教授，贺竞辉报道了电催化剂中的内置电场可以显著地在电催化剂表面区积累较高浓度的NO₃^-离子，从而有利于超低浓度硝酸盐的高效去除和电还原反应（NO₃RR）的传质。

文章要点

1）将CuCl(111)层和金红石型TiO₂(110)层堆积在一起形成模型电催化剂，通过密度泛函理论(DFT)计算和X射线近边结构(XANES)计算，成功揭示了电催化剂中形成了TiO₂向CuCl电子转移诱导的内建电场（CuCl₋BEF）。分子动力学模拟和有限元分析表明，这种内建电场有效地触发了NO₃^-离子在电催化剂周围的界面积累。电场还提高了关键反应中间体*NO的能量，降低了速率决定步骤的势垒。

2）实验结果显示，该催化体系成功实现了98.6%的NH₃产物选择性、小于0.6%的低NO₂生成量和64.4 h^–1的质量比氨生成率，这些都是迄今为止在硝酸盐浓度为100 mg L^–1时，所报道的最高值。

研究结果将为进一步开发NO₃RR电催化剂提供一种有效的策略，也可有望用于其他电催化反应。

参考文献

Wu-Ji Sun, et al, Built-in Electric Field Triggered Interfacial Accumulation Effect for Efficient Nitrate Removal at Ultra-Low Concentration and Electroreduction to Ammonia, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202109785

https://doi.org/10.1002/anie.202109785