硝酸盐电还原制氨(NRA)提供了一条可持续的途径,在环境条件下将广泛存在的硝酸盐污染物转化为高附加值的产品,但由于竞争性析氢反应(HER),选择性不佳。以往的催化剂金属中心修饰策略往往面临同时提高NRA活性和选择性的两难境地。
近日,江南大学刘天西教授,Longsheng Zhang,厦门大学Jinyu Ye报道了一种通用的策略,通过单原子催化剂的配位调制来定制催化剂表面的局部质子浓度,从而实现高效和选择性的NRA过程。
文章要点
1)作为对比,研究了两种具有不同配位基元的类似的富镍单原子共轭配位聚合物(NiO4-CCP和NiN4-CCP)的概念验证研究。当电流密度为125 mA cm−2时,催化剂的氨产率可达1.83 mmol h−1 mg−1,法拉第效率为94 7%,优于NiN4 -CCP催化剂。
2)实验和理论研究都表明,配位调制策略不仅可以通过调节NRA中间体在金属中心的吸附能来加速NRA,还可以通过吸附在催化剂表面的金属水合阳离子来调节质子的迁移,从而抑制HER,从而实现同时提高NRA的选择性和活性。
参考文献
Yizhe Zhang, et al, Conjugated Coordination Polymer as a New Platform for Efficient and Selective Electroreduction of Nitrate into Ammonia, Adv. Mater. 2023
DOI: 10.1002/adma.202209855
https://doi.org/10.1002/adma.202209855