电催化硝酸盐还原反应（NO₃^-RR）为合成氨（NH₃）提供了一种很有前途的替代方法，同时可以输送电能和NH₃的硝酸盐电池也极具吸引力。然而，硝酸盐到NH₃的转化涉及一个质子辅助的多电子转移过程，具有相当大的动力学能垒，因此，开发用于NO₃^-RR的高效电催化剂具有重要意义。

近日，香港城市大学支春义教授提出了一种以掺铁磷化镍（Fe/Ni₂P）作为NO₃^-RR催化剂电极的Zn-硝酸盐电池，实现了“一举三得”的能源供应、氨生产和污染物去除的策略。

文章要点

1）研究发现，Fe掺杂使Ni原子的d带中心下移到费米能级，从而优化了反应中间体的吉布斯自由能。与可逆氢电极相比，Fe/Ni₂P催化剂在-0.4 V时具有94.3%的NH₃法拉第效率(FE)和近100%的硝酸盐转化效率。

2）进一步将这种高效的NO₃^-RR电催化剂用作正极材料，研制了一种新型Zn-硝酸盐电池的功率密度为3.25 mW cm^-2，NH₃生产效率为85.0%。

这项工作丰富了锌基电池在电催化领域的应用，突出了双金属磷化物在NO₃^-RR中的应用前景。

参考文献

Rong Zhang, et al, Efficient Ammonia Electrosynthesis and Energy Conversion through a Zn-Nitrate Battery by Iron Doping Engineered Nickel Phosphide Catalyst, Adv. Energy Mater. 2022

DOI: 10.1002/aenm.202103872

https://doi.org/10.1002/aenm.202103872