温鸣课题组EES：调节纳米镍晶界缺陷上吸附活性氢，促进硝酸盐电合成氨

电化学硝酸盐还原反应(NitRR)是在环境条件下合成氨的一种替代途径。同时，工业废水中普遍存在的污染范围在0.8 mM~2 M的硝酸盐污染物，其可作为NitRR资源，因此NitRR反应也被认为是缓解水中硝酸盐污染的有效途径。

然而，由于析氢反应(HER)是其主要的竞争反应，许多研究者应用在水裂解中具有惰性的材料(如铜基材料)以提高硝酸盐转化为氨的效率。然而，NitRR强烈依赖于水分裂产生的H*，而HER活性金属，如Ni可以产生大量的H*用于消耗中间体。因此，如果H*的路径可以得到很好的调控，HER活性金属可能成为很有前途的NitRR候选金属催化剂。

基于此，同济大学温鸣课题组提出了一种通过可控电沉积工艺在碳布上构建晶界(GB)缺陷工程镍纳米颗粒(GB Ni-NPs)的策略，以提高硝酸盐转化为氨的效率。

实验结果和理论计算表明，由于Ni优异的HER活性，在其表面可以产生大量的H*。然而，GB区域具有较高的H*保留能力，因此H*不能轻易释放形成H₂，而是转移到NitRR途径中临近的吸附的中间体中，这有利于中间体获得足够的H*，并且显著抑制了竞争性HER反应。此外，GB缺陷工程Ni-NPs的结构有利于促进和加速NO₃*到NO₂*的速率决定步骤(RDS)，从而提高了硝酸盐电转化为氨的效率和选择性。

因此，由于上述协同效应，合成的GB Ni-NPs表现出优异的电催化硝酸盐转化为氨性能，其在−0.93 V下氨的生产速率高达15.49 mmol h⁻¹cm⁻²，氨气的法拉第效率为93.0%。此外，该催化剂在2 A cm⁻²电流密度下连续工作30小时，对硝酸盐还原的催化活性略有下降，表明GB Ni-NPs具有优异的稳定性。

总的来说，该项工作强调了在NitRR反应中HER活性材料在催化剂设计中的重要作用，这为未来设计具有高产氨速率和有效硝酸盐去除的NitRR系统提供了思路。

Regulating Active Hydrogen Adsorbed on Grain Boundary Defects of Nano-nickel for Boosting Ammonia Electrosynthesis from Nitrate. Energy & Environmental Science, 2023. DOI: 10.1039/D2EE04095F

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温鸣课题组EES：调节纳米镍晶界缺陷上吸附活性氢，促进硝酸盐电合成氨

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