电化学硝酸盐还原反应（NO₃^-RR）在氨的绿色合成和环境修复方面有着良好的应用前景。然而，高电流密度下催化剂的性能通常受到硝酸盐（NO₃）转化为亚硝酸盐（NO₂）的能量垒高和竞争性析氢的影响。

近日，中科院上硅所Xiangzhi Cui提出一种通过自发氧化还原反应再进行电化学反应的两步接力机理。通过将低价Fe物种引入Ni₂P纳米片中，显著提高了工业电流密度下的NO₃^-RR性能。

文章要点

1）低价Fe物种的存在绕过了NO₃到NO₂^-的步骤，通过与NO₃自发氧化还原生成NO₂和Fe₂O₃；调节Ni₂P的电子结构，降低NO₂转化为NH₃的能垒；第三，通过还原Fe₂O₃消耗过量的活性氢来回收低价Fe物种，抑制氢的析出。

2）两步接力反应中通过Fe氧化还原的三重调控保证了Fe-Ni₂P@NF在较宽电位窗口下氨产量高达120.1 mg h^-1 cm^-2、法拉第效率超过90%、在~1000 mA cm^-2电流密度下长期稳定性超过130小时。

该工作为实现高电流密度下硝酸盐还原电催化剂的设计与合成提供了一种新策略。

参考文献

Wenhao Yang, et al, Triple Regulations via Fe Redox Boosting Nitrate Reduction to Ammonia at Industrial Current Densities, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202415300

DOI: 10.1002/anie.202415300

https://doi.org/10.1002/anie.202415300