电化学N₂氧化反应(NOR)利用大气中的水和N₂，代表了一种可持续的硝酸生产方法，以替代高能耗和温室气体排放的传统工业合成。然而，由于N₂的化学惰性和10电子转移的缓慢动力学，人们尚未开发出新兴的电催化剂。

近日，青岛大学张立学教授，Xin Ding合理提出了促进环境N₂氧化的催化动力学调控策略。

文章要点

1）为了实现NOR过程中反应有效N₂、*OH的可及性和电子转移的良好调节，研究人员设计并合成了一种新的Ru-Mn₃O₄电催化剂。优化后的Ru-Mn₃O₄电催化剂在1.6 V和2.0 V电压下的法拉第效率（28.87%）和NO₃⁻产率（35.34 μg h^-1 mg^-1_cat.）均优于已有报道的所有催化剂。

2）实验和DFT计算表明，Ru-Mn₃O₄的优异的NOR活性是由于钌纳米团簇耦合了钌原子装饰的Mn₃O₄的独特纳米结构。Ru与Mn₃O₄的协同作用能有效激活化学惰性N₂分子，降低速率确定步骤能垒，生成*NN(OH)中间体。大量的*OH供给和Ru-Mn₃O₄电导率的提高被用来进一步调节催化动力学以优化性能。

本工作为复杂的电催化反应，如固氮、CO₂还原及其电化学合成尿素和甲胺的偶联反应，从动力学调控的角度合理设计催化剂提供了全新的思路。

参考文献

Zhongfen Nie, et al, Catalytic Kinetics Regulation for Enhanced Electrochemical Nitrogen Oxidation by Ru Nanoclusters-Coupled Mn₃O₄ Catalysts Decorated with Atomically Dispersed Ru Atoms, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202108180

https://doi.org/10.1002/adma.202108180