JACS：金红石TiO2动态表面电催化甲醛-硝酸盐共制备氢气、甲酸、羟胺

纳米技术

2025-06-08

电催化还原硝酸盐是具有前景的符合可持续发展要求的羟胺合成路线，但是这个反应的选择性受限于硝酸盐过度还原以及竞争性的产氢反应。因此人们需要对其机理深入理解从而更好的设计催化剂。

有鉴于此，清华大学陈晨等报道系统研究甲醛介导TiO₂电催化合成羟胺。

本文要点：

（1）

通过湿法电化学合成的TiO₂金红石阵列电催化剂生成羟胺的法拉第效率达到92.6 %（甲酸羟胺），对应于温和条件下的产率为2085 μmol cm^–2 h^–1。

（2）

反应机理研究结果表明宏观的电变色现象，对应于桥氧（O_b）位点质子化以及生成O_v（氧空位），桥氧和氧空位分别作为质子“海绵”和电子存储。甲醛不仅作为捕获试剂，而且有助于稳定*NH₂OH，因此反应达到高选择性。这种甲醛-硝酸盐电化学重整（formaldehyde-nitrate electro-reforming）能够同时制备氢气、甲酸、羟胺，电流密度为200 mA cm^-2，电池电压仅为0.78 V。

这项工作把电化学合成羟胺与TiO₂的表面动态结合，为控制电化学还原硝酸盐的选择性提供帮助，为替代传统合成羟胺路线提供一种替代性的绿色、成本优势的路线。

参考文献

Jiaqi Zhang, Erbo Zhao, Chou-Hung Hsueh, Weng-Chon Max Cheong, Xin Tan, Chuhao Liu, Xiang Liu, Jinxin Wang, Hai Xiao, and Chen Chen*, Electrochromic Rutile with Dynamically Tailored Surfaces in Formaldehyde-Mediated Hydroxylamine Electrosynthesis, J. Am. Chem. Soc. 2025

DOI: 10.1021/jacs.5c03124

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c03124