清华大学王海辉最新CEJ速览！

第一作者：赵封林   

通讯作者：王海辉         

通讯单位：清华大学            

DOI：10.1016/j.cej.2023.141960

研究背景

在传统的哈伯法合成氨的工艺中，硝酸盐污染是一种常见的环境问题。而采用硝酸盐电催化还原制氨（NO₃RR），可以实现N循环，从而变废为宝。基于密度泛函理论计算预测，在所有尖晶石钴基催化剂中，Co₃O₄将表现出最佳的NO₃RR性能。基于此，该项工作通过电沉积和煅烧法制备了具有独特交错的纳米片Co₃O₄/Co，为通过多尺度缺陷调节改性电催化剂提供了一定见解，并有望为进一步工业化提供可行的流动电解槽。

文章要点

1.Co₃O₄/Co催化剂具有开放的孔隙、缺陷的纳米片结构和可调制的氧空位，可以在活化位点上积累更多的硝酸盐，并在中性电解质中表现出优异的NO₃RR性能（氨产率：43 mg h⁻¹ cm⁻²，法拉第效率：88.7%）。

2.理论计算表明，氧空位能增强硝酸盐的吸附能，抑制析氢反应，弱化*NO→*HNO的速率测定。

3.采用Co₃O₄/Co电催化剂定制了连续流NO₃RR 电解槽，并在一天内大大提高了氨产率，加速了NO₃RR的工业应用。

图文展示

图1 (a)Co₃O₄, Co₃S₄和Co₃Se₄可能的NO₃RR中间体的吉布斯自由能;(b) Co₃O₄合成工艺示意图;(c)不同温度的原位XRD

图2 Co₃O₄/Co的形貌表征

图3 Co₃O₄/Co的LSV曲线

图4 (a)Co₃O₄/Co-h的原位红外光谱;(b)硝酸盐吸附在Co₃O₄-1O_v上的晶体模型;(c) NO₃^-在不同Co₃O₄模型上的吸附能;(d) H₂生成的吉布斯自由能;(e) NO₃RR期间可能中间体的吉布斯自由能

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