兰交大/河大AFM：用于硝酸盐电还原制氨的单原子Bi合金化Pd金属

硝酸盐电化学还原制氨（NO₃RR）在实现NH₃电合成和废水净化方面具有广阔的应用前景。基于此，兰州交通大学褚克教授，河南大学马东伟副教授（共同通讯作者）等人报道了一种用于NO₃RR的单原子Bi合金化Pd金属催化剂（Bi₁Pd），其法拉第效率接近100%，在-0.6 V vs. RHE时，NH₃产率为33.8mg h^-1 cm^-2，超过了几乎所有已报道的NO₃RR催化剂。

本文通过DFT计算揭示了Bi₁引起的Bi₁Pd的NO₃RR性能改善的原因。显著的电子从Pd和Bi₁Pd载体转移到*NO₃^–上，*NO₃^–的反键轨道上有显著的电子积累，而成键轨道上有一些电子耗尽，这表明在Pd和Bi₁Pd上都可以有效地激活NO₃^–。NO₃RR的自由能图表明，*NO→*NOH为电位决定步骤（PDS），与Pd（0.63 eV）相比，Bi₁Pd具有较低的PDS能垒（0.40 eV），表明Bi₁Pd的质子化能量增强。

*NO吸附在由两个与Bi₁相邻的Pd原子（Pd₁）和一个更远的Pd原子（Pd₂）包围的空心部位。Bader电荷分析表明，电子从Bi₁转移到其邻近的Pd₁，这导致Pd₁的d带中心（-1.55 eV）相对于原始Pd原子（-1.48 eV）下移，从而削弱了*NO在Bi₁Pd上的吸附能。因此，受益于Bi₁与其相邻的Pd原子之间的电子耦合，Bi₁Pd可以有效地破坏*NO的稳定性，同时保留*NOH的稳定性，导致*NO→*NOH的PDS能垒降低，NO₃RR过程的质子化能量增强。

Single-Atom Bi Alloyed Pd Metallene for Nitrate Electroreduction to Ammonia. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202209890.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202209890.

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