人们发现电催化还原硝酸盐制备NH₃是处理污水和合成氨的一种具有前景的技术。虽然人们开发了具有优异性能的Co电催化剂，但是对于电催化机理以及在较宽电化学窗口的活性物种仍具有非常大的争议。

有鉴于此，天津大学于一夫等报道CoP、Co、CO₃O₄作为模型催化剂研究Co电催化还原硝酸盐合成氨的机理。

本文要点

（1）

研究发现CoP在发生硝酸盐还原合成氨的反应前首先转变为CoP@Co的核壳结构。CoP@Co以及Co催化剂的电催化合成氨反应机理显示，在较低的过电势催化剂的动态表面Co^δ+活性物种上通过三个步骤的接力催化进行，在较高的过电势的机理是在界面Co物种通过连续的加氢催化从硝酸盐转化为氨。与CoP@Co催化剂和Co催化剂不同，Co₃O₄在非常宽的电化学窗口都非常稳定，能够稳定的进行硝酸盐加氢合成氨。

（2）

在较低的过电势，CoP@Co和Co都表现比Co₃O₄更高的电催化还原硝酸盐合成氨性能。虽然CoP@Co与Co遵循相同的反应机理，但是CoP@Co的电催化还原硝酸盐性能比Co更高。

（3）

通过一系列表征，说明CoP@Co的催化活性比Co更好的原因。表征结果说明，CoP@Co具有更加优异催化活性的原因是CoP能够向表面活性物种提供丰富的电子，从而在电催化反应过程中生成更多活性氢，有助于中间体物种的还原。

参考文献

Kaiwen Yang, Shu-He Han, Chuanqi Cheng, Chengying Guo, Tieliang Li, and Yifu Yu*, Unveiling the Reaction Mechanism of Nitrate Reduction to Ammonia Over Cobalt-Based Electrocatalysts, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.3c13517

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c13517