Angew：原位电化学重构富阳离子空位Ni@Ni2P颗粒于中空氮掺杂碳纳米纤维中用于高效硝酸盐还原

Nanoer-z

2025-04-08

在环境条件下将硝酸盐(NO₃^-)电化学还原为氨(NH₃)有望促进人工氮循环。尽管过渡金属基催化剂有所发展，但其伴随的原位电化学重构往往导致真实活性位点和反应机制的模糊性。鉴于此，内蒙古大学Xiaojun Gu等报道了一种将富含阳离子Ni空位的Ni@Ni₂P颗粒封装于中空氮掺杂碳纳米纤维(命名为Ni@Ni₂-xP@N-CNFs)中的方法，用于电催化NO₃^-还原为NH₃，并通过多种原位电化学表征和理论计算研究了其表面重构和反应机制。

本文要点：

（1）三种缺陷型Ni@Ni_2-xP@N-CNFs催化剂中阳离子Ni空位浓度的调控导致在-0.2 V vs RHE电位下NH₃产率存在3.92倍的差异。在电催化反应过程中，Ni@Ni_2-xP@N-CNFs表面会形成新的非晶态Ni(OH)₂和NiOOH物种，其中稳定的非晶态Ni(OH)₂物种有利于产生更多活性氢(*H)用于NO₃^-加氢。

（2）这一机制通过原始和重构缺陷催化剂上不同的反应决速步骤得到进一步验证。将优化的缺陷催化剂作为阴极集成到稳定的水系Zn-NO₃^-电池中，可获得高功率密度和NH₃法拉第效率。

Rong Gao, Jiangwei Zhang, Guilan Fan, Xiaosong Wang, Fengyu Ding, Yan Guo, Chenhui Han, Yuliang Gao, Ao Shen, Junfang Ding, Limin Wu, Xiaojun Gu, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202505948.

https://doi.org/10.1002/anie.202505948