天大JACS：Cu@Cu/C NWAs助力低浓度NORR！

电化学NO还原反应（NORR）是一种很有前途的氮循环调控和氨合成方法。由于NO源浓度较低，且NO在溶液中的溶解度较差，传质限制是一个严重且易被忽视的问题。

基于此，天津大学张兵教授、于一夫教授和王雨婷副教授等人报道了在Cu纳米线阵列上生长的多孔碳负载超细Cu团簇（记为Cu@Cu/C NWAs），用于低浓度NORR。在-0.1 V条件下，Cu@Cu/C NWAs具有较高的法拉第效率（93.0%）和氨产率（1180.5 μg h^-1 cm^-2），远远优于Cu NWAs和其他报道的类似条件下的性能。

VASP解读

通过DFT计算，作者研究了了NO分子在溶液中的迁移路径。Cu NWAs受水的氢键网络影响，NO分子需要通过水分子之间的间隙迁移，导致扩散模式困难而曲折。在Cu@Cu/C NWAs的情况下，NO分子可被吸引并聚集在多孔碳基体周围，从而导致在固-液界面上无阻碍的直线迁移路径。NO在Cu NWAs上扩散所需的最大Ea为0.63 eV，而Cu@Cu/C NWAs的多孔碳结构只需要克服0.31 eV这表明改善了NO传质动力学。

由于多孔碳的富集引起了高效的NO传质过程，Cu表面的有效NO浓度明显增加，随后的NORR增大。两种样品在大约140 °C和300-500 °C处都有两个特征峰，分别属于NO的物理吸附和化学吸附。

结果表明，Cu@Cu/C NWAs对NO的吸附更充分。同时，Cu@Cu/C NWAs上反映的较高NO覆盖率也可抑制H-H的易偶联，特别是对于低浓度的NORR。

Carbon Support Enhanced Mass Transfer and Metal-Support Interaction Promoted Activation for Low-Concentrated Nitric Oxide Electroreduction to Ammonia. J. Am. Chem. Soc., 2024.

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