肖建平Nature子刊：相图结合理论计算，揭示从电化学反硝化到氨合成的转变

电化学CO₂还原(CO₂RR)为增值化学品被认为是解决全球变暖问题的有效方法。然而，CO₂中微量的一氧化氮(NO)(约0.8%)大大降低了其转化效率。因此，脱除NO实现CO₂电还原高效率的必要前提。

近日，中科院大连化物所肖建平课题组利用反应相图分析了不同催化剂上反应机理的演变，研究了Pd和Cu催化剂上的电位/pH效应。

根据相图和理论计算，研究人员发现eNORR的低N₂选择性来源于两个方面：一方面，从能量角度来看，所有过渡金属催化剂的表面反应性对N₂的生成都是非常不利的。

首先，过渡金属表面始终与N₂OH*结合过弱，抑制了N₂O*质子化；其次，O*和OH*之间的标度关系使得强反应过渡金属表面上的活性中心受到O*/OH*的毒害，或者使得N₂O*在弱吸附的金属表面上很难解离。因此，这两种性质协同作用使所有过渡金属具有高的N₂O选择性。

另一方面，通过优化实验条件，如电位、pH和NO压力，可以稍微提高N₂的选择性，但不足以超过N₂O或NH₃。

总的来说，实验结果与理论结果的比较表明，反应相图可以很好地描述各种产物的活性变化趋势，并且对eNORR中低N₂选择性的认识可以为今后的催化剂设计提供指导。

更为重要的是，氨生产的异常活性为建立反向人工氮循环提供了一条可行的途径，这种循环可以在具有可持续电力的分散式氨合成中发挥关键作用。

Steering from Electrochemical Denitrification to Ammonia Synthesis. Nature Communication, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-35785-w

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