周伟家教授EES：CuNi NPs/CF电催化NIRR，助力Zn-硝酸盐电池

电能和氨（NH₃）清洁生产是现代工业发展的必然要求。基于此，济南大学周伟家教授等人报道了利用快速激光照射的方法，在Cu箔上合成了CuNi纳米合金纳米颗粒（CuNi NPs/CF）作为整体阴极，用于电催化硝酸盐（NO₃⁻）还原为NH₃（NIRR）。

CuNi NPs/CF具有安培级的NIRR性能，在-0.48 V时NH₃产率最高达到94.57 mg h⁻¹ cm⁻²，法拉第效率（FE）约为97.03%，并且在超高NO₃⁻浓度（44.3 g L⁻¹）下具有良好的稳定性。此外，以CuNi NPs/CF为正极构建了功率密度最高的Zn-NO₃⁻电池，功率密度为70.7 mW cm^-2。

作者利用密度泛函理论（DFT）计算了NO₃⁻还原全过程的自由能，包括*NO₃的化学吸附过程（NO₃⁻→*NO₃）、脱氧过程（*NO₃→*NO₂→*NO→*N）、加氢过程（*N→*NH→*NH₂→*NH₃）和NH₃的解吸过程（*NH₃→NH₃）。NO₃⁻在Ni(111)（0.44 eV）上形成*NO₃是整个NO₃⁻还原过程的电位决定步骤（PDS），其在所有基本步骤中自由能变化最大。对于Cu(111)，*NH₂生成*NH是整个NO₃⁻还原过程的PDS，但受H*不足的限制。

结果表明，PDS在CuNi(111)（*NH₃→NH₃）上的吉布斯自由能变化（ΔG）值为0.28 eV，小于Ni(111)（0.44 eV）和Cu(111)（0.37 eV）上的吉布斯自由能变化，表明其具有较高的NIRR活性。

在引入Ni后，CuNi(111)对*NH的加氢还原能力优于Cu。HER过程的吸附自由能计算表明，CuNi(111)比Ni(111)和Cu(111)具有更大的H⁺→H*的自发反应能，H*→1/2H₂的∆G也更高，有利于H*的生成，抑制H₂的生成。结果表明，Cu位点对*NO₃的化学吸附和Ni位点对*NH的加氢串联，实现了NO₃⁻的安培级还原。

Laser-controlled tandem catalytic sites of CuNi alloy with ampere-level electrocatalytic nitrate to ammonia activity for Zn-nitrate battery. Energy Environ. Sci., 2023, DOI: 10.1039/D3EE01301D.

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周伟家教授EES：CuNi NPs/CF电催化NIRR，助力Zn-硝酸盐电池

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