工业氨(NH3)生产中采用的主要方法是Haber-Bosch法。然而，该方法存在高温高压条件、转化效率低、环境污染严重等缺点。考虑到过量的硝酸盐(NO3−)离子对自然氮循环和人类健康的影响，选择性NO3−电还原为NH3 (NO3ER)是一种很有前途的途径。而NO3ER是一个复杂的8电子过程，动力学缓慢，并且竞争性阴极析氢反应(HER)往往导致NH3的产率较低。
在许多工业过程中，酸性NO3−废水普遍存在，因此在酸性环境中实现NO3ER是非常理想的，这不仅满足了这些工业工艺的要求，而且避免了与现有处理方法相关的额外成本和能源消耗。还应注意到的是，从酸性NO3−废水中回收可循环利用的NH3需要设计和开发具有高活性和高选择性的耐腐蚀电催化材料。近日，陕西师范大学陈煜和华中科技大学李富民等提出了一种简单的氰凝胶还原法来合成原子厚度的RhNi金属烯，并通过选择性化学刻蚀方法将其进一步转化为具有独特Rh表层结构的RhNi@Rh金属烯催化剂(RhNi@Rh BMLs)。由于超薄的2D形态和精细的表面结构，RhNi@Rh BMLs在酸性介质中的NO3−-NH3活性和选择性显著增强。FTIR分析表明，RhNi@Rh BMLs有效地缓解了NO2*/NH2*吸附诱导的Rh溶解，从而在酸性介质中达到超过400小时的稳定性。理论计算表明，由于晶格压缩，RhNi@Rh BMLs的Rh表层结构中的Rh原子的d带中心下移，这一结构特征降低了NO*还原为NOH*步骤的能垒，减弱了NO2*/NH3*在Rh上的吸附。因此，在酸性条件下，RhNi@Rh BMLs的NH3的法拉第效率高达98.4%，NH3产率为13.4 mg h−1 mgcat−1。此外，研究人员组装了一种配备RhNi@Rh BMLs阳极的碱酸混合Zn-NO3−电池(AAZNB)，可以同时产生NH3和电力，该电池显示出1.39 V的开路电压和10.5 mW cm-2的功率密度，证实了RhNi@Rh BMLs的实际应用潜力。总的来说，该项工作证明了在酸性NO3ER过程中吸附诱导的金属溶解行为，为设计具有增强的NH3选择性和超高稳定性的催化剂提供了思路。RhNi bimetallenes with lattice-compressed Rh skin towards ultrastable acidic nitrate electroreduction. Advanced Materials, 2024. DOI: 10.1002/adma.202314351
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