香港城市大学Angew:高熵合金电催化硝酸盐还原制氨!

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第一作者:Rong ZhangYaqin ZhangBo Xiao


通讯作者:支春义教授、杨涛助理教授、Ying Guo
通讯单位:香港城市大学
论文速览
硝酸盐(NO3-)的直接电化学转化是一种高效、环保的氨(NH3)生产技术,但高选择性电催化剂的缺失给该技术带来了挑战。高熵合金(HEAs)因其独特的性能,在催化领域是一种很有吸引力的材料,特别是在多步反应中。
在文中,作者首次报道了HEA (FeCoNiAlTi)在电催化NO3-还原为NH3NRA) 中的应用。其中,块体HEA对NRA具有活性,在-0.5 V下其NH3产率为0.36 mg h-1 cm-2、法拉第效率(FE)为82.66%。通过有效的相工程策略,将均匀的金属间纳米颗粒引入到块体HEA中,以提高电化学活性表面积和电荷转移效率。
所得到的纳米结构HEA (n-HEA)具有增强的电化学NRA性能,在-0.5V下其NH3产率为0.52 mg h-1 cm-2、FE为95.23%。实验表征和密度泛函理论(DFT)计算表明,在n-HEA上多活性位点(Fe、Co和Ni)主导了NRA的电催化作用。值得注意的是,典型的Co位点对NRA表现出最低的能垒,其中*NO + H+ + e→ *NOH为速率决定步骤。
图文导读
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图1:块体HEA的表征与催化性能
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图2:n-HEA的形貌表征
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图3:n-HEA的催化性能
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图4:实验表征和理论计算
总结展望
作者开发了HEA金属间化合物(FeCoNiAlTi)纳米颗粒作为一种高效的电催化剂,在中性介质中高效催化NO3-电化学还原为NH3
该合金在50 mM NO3-中具有显著的电催化活性,有利于扩大活性表面积和加速电荷转移过程。在-0.5 V下,NH3的产率为0.52 mg h-1 cm-2,并且 FE高达95.23%,同时保持了优异的稳定性、电化学耐久性和结构稳定性。
实验和理论研究进一步证明了NRA的多位点电催化作用。本研究拓展了HEAs和相工程在电催化NO3-NH3领域的应用。
文献信息
标题:Phase Engineering of High-Entropy Alloy for Enhanced Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia
期刊:Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: 10.1002/anie.202407589.


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