顆粒在線訊：氨（NH3）是工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的氮資源，也是一種具有高能量密度的能量載體。工業(yè)合成氨嚴(yán)重依賴于高能耗Haber-Bosch法。電催化氮還原反應(yīng)（NRR）可以在常溫常壓下利用氮?dú)夂退a(chǎn)NH3，是一種綠色、可持續(xù)的技術(shù)。但是，N2的低溶解度以及析氫反應(yīng)（HER）的高競爭性導(dǎo)致NRR合成氨的低效率（Adv. Mater., 2021, 33, 2007509）。由于N=O鍵的解離能低于N≡N鍵以及硝酸鹽的高溶解特性，硝酸鹽還原反應(yīng)（NO3RR）被認(rèn)為是一種理想的合成氨方法。但是，陽極析氧反應(yīng)遲緩的動力學(xué)嚴(yán)重增加了電化學(xué)精煉器件的能耗。 

　　近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員王家成團(tuán)隊(duì)等提出了通過甘油氧化反應(yīng)（GOR）取代析氧反應(yīng)（OER）以降低NO3RR器件工作能耗的新策略。該團(tuán)隊(duì)制備了一種由結(jié)晶Cu2(OH)3(NO3)和無定形Ni(OH)2組成的非貴金屬NiCu-OH預(yù)催化劑。實(shí)驗(yàn)表明，在陰極NO3RR條件下，NiCu-OH可以轉(zhuǎn)化為與無定形Ni(OH)2耦合的活性Cu納米顆粒。同時，在陽極GOR條件下，NiCu-OH衍生的雙金屬氧化物（NiCuO）可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓珻u空位的CuO和NiOOH活性物種。基于重構(gòu)的NiCu基催化劑的電化學(xué)精煉系統(tǒng)只需要1.37 V的低電位即可輸出100 mA cm-2的電流密度，可在陰極和陽極分別連續(xù)生產(chǎn)氨和甲酸鹽。該成果為構(gòu)建新型電化學(xué)精煉系統(tǒng)生產(chǎn)綠色氨和其他高附加值精細(xì)化學(xué)品開辟了一條新途徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在Energy Environ. Sci.上。 

　　相關(guān)研究工作得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、重大研究計劃培育項(xiàng)目和上海市優(yōu)秀青年學(xué)術(shù)帶頭人項(xiàng)目等的支持。 

電化學(xué)精煉系統(tǒng)及陰陽極催化劑重構(gòu)示意圖

硝酸根還原耦合甘油氧化電解器件結(jié)構(gòu)圖及工作性能