Angew：CO2作为催化剂改善亚硝酸盐电化学还原制备氨

纳米技术

2022-11-24

电化学还原NO₂^-为制备NH₃以及降低水体中作为主要污染物的NO₂^-含量提供一种符合能源节约的方式和过程，但是由于还原NO₂^-过程是个非常复杂的过程，而且含有多种中间体物种，因此目前NO₂^-电化学还原仍难以实现100 %的法拉第效率。

有鉴于此，北京化工大学邝允（Yun Kuang）、清华大学段昊泓（Hao-Hong Duan）等报道发现在Cu纳米线催化NO₂^-电化学还原反应，通过CO₂能够作为催化剂显著改善电化学还原反应制氨的性能。

本文要点

（1）

通过CO₂能够增强电化学还原性能，在较宽的电化学区间（-0.7 V~-1.3 V vs. RHE）内实现了接近100 %的法拉第效率。与未加入CO₂的情况相比，加入CO₂后电化学还原性能提高3.5倍。

CO₂促进电催化反应的作用能够拓展至其他电化学还原反应，比如NO₃-还原制备NH₃以及硝基苯还原为苯胺，并且最高能够将法拉第效率提高19倍。

（2）

机理。通过原位Raman光谱表征和DFT计算，发现CO₂能够作为催化剂改善合成氨的决速步骤（*NO还原为*N）。当加入CO₂作为催化剂，CO₂首先还原为*CO，随后将*NO中间体还原为*N，因此改善反应决速步骤的发生（反应能垒降低0.64 eV），同时*CO被*NO氧化重新生成CO₂，实现CO₂作为催化剂。此外，*CO吸附物能够提高*NH₂还原为NH₃的速率，因此制备NH₃的法拉第效率达到接近100 %，产率提高3.5倍。

参考文献

Yangyang Zhang, Yuan Wang, Lu Han, Shengnan Wang, Tengda Cui, Yifan Yan, Ming Xu, Haohong Duan, Yun Kuang, Xiaoming Sun, Nitrite Electroreduction to Ammonia Promoted by Molecular Carbon Dioxide with Near-unity Faradic Efficiency, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202213711

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202213711