浙大AEM：NO电催化歧化实现高效固氮

利用电催化法将废一氧化氮（NO）转化为氨（NH₃）是一种很有前途的可持续固氮方法。基于此，浙江大学严建华教授、吴浩斌教授和吴昂键副教授（共同通讯作者）等人报道了一种有利于NO吸附、降低反应能垒的CoNi共氧化物催化剂，用于电化学合成NH₃。通过与阳极氧化NO的协同耦合，首次实现了NO的电催化歧化，同时合成高附加值的双氮产物（NH₃和硝酸盐），提高了总能源效率。

此外，在统一的组装电解槽中，单位法拉第效率的NH₃产量高（26.27 mg h⁻¹ cm⁻²），阳极的硝酸盐产量显著提高至68.41 mg h⁻¹ cm⁻²。通过优化膜内离子团聚，促进电荷离子交换和电极动力学，获得3.58 V的低电池电压。

通过DFT计算，作者对反应机理进行了分子水平的研究。通过比较加氢反应基于CoNi_{(5: 5)}O_x@Cu表面Co位点和Ni位点之间的速率决定步骤（RDS）的能垒，作者发现反应倾向于发生在Co位点（0.14 eV）而不是Ni位点（0.22 eV）。在CoNi_{(5: 5)}O_x@Cu上的NO吸附表现出更好的自发性，为-2.82 eV的自发性（Co₃O₄@Cu：-2.05 eV；NiO@Cu：-2.45 eV），而对于CoNi_{(5: 5)}O_x@Cu具有最低的+0.14 eV的能垒阻隔的RDS表现出更高的活性（Co₃O₄@Cu：+0.52 eV；NiO@Cu：+0.53 eV）。

此外，作者还比较了其他产物（N₂、N₂H₄等）的反应路线。HER的相对较高的能垒为0.43 eV，证明了CoNi_{(5: 5)}O_x@Cu电催化剂具有较弱的HER竞争。通过部分态密度计算发现，CoNi_{(5: 5)}O_x@Cu的d带中心表现出最接近费米能级，推高了CoNi_{(5: 5)}O_x@Cu的反键态，促进了催化剂-NO的杂化成键。

通过比较DOS峰位，在费米能级附近NO的2π*轨道与CoNi_{(5: 5)}O_x@Cu的3d轨道发生了杂化。同时，1π和5σ轨道被推至较低的能态，降低了成键能级，从而提高了吸附结构的稳定性。

Electrocatalytic Disproportionation of Nitric Oxide Toward Efficient Nitrogen Fixation. Adv. Energy Mater., 2023, DOI: 10.1002/aenm.202204231.

https://doi.org/10.1002/aenm.202204231.

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