江大ACS Nano: 构建高熵钙钛矿型催化剂，实现高效选择性NOR

催化开天地 · 公众号 · · 2024-07-18 08:21

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硝酸盐(NO ₃ ⁻ )是重要的原料之一，广泛应用于工业和农业领域。到目前为止，NO ₃ ⁻ 的工业生产主要依赖哈伯-博世(400-500 °C，200-300 atm)和奥斯特瓦尔德氧化(400-600 °C，150-250 atm)过程，这导致大量的碳排放和能源消耗。电催化氮氧化(NOR)可在环境条件下将氮(N ₂ )转化为NO ₃ ⁻ ，为可持续和环境友善的方式合成NO ₃ ⁻ 提供了一个有吸引力的方法。但是开发高效的NOR催化剂以解决高N ₂ 分解能的问题仍然是一个挑战。

目前，具有良好结合能的Ru基催化剂能够有效地促进氧偶联NOR催化，这需要快速补充氧中间体来将生成的*NO中间体转化为NO ₃ ⁻ 。但是，Ru基催化剂上NO ₃ ⁻ 的法拉第效率仍然很低。因此，开发高性能NOR催化剂以增强N ₂ 分子的活化/解离，是进一步提高NO ₃ ⁻ 合成效率的关键。

近日， 江南大学刘天西 课题组合成了高熵Sr(Ti-Zr-Hf-Sn-Ru)O ₃ 和低熵SrRuO ₃ (分别命名为Ru-HEP和Ru-LEP)，并对它们的NOR性能进行了研究。实验结果表明，在1.9 V _RHE 下，Ru-HEP电催化剂的NO ₃ ⁻ 产率可达39.0 μmol mg ^-1 h ^-1 ，法拉第效率(FE)为32.8%，优于Ru-LEP催化剂(15.5 μmol mg ^-1 h ^-1 和16.8%)。

此外，Ru-HEP催化剂在1.9 V _RHE 下进行15个连续循环测试，反应过程中FE和NO ₃ ⁻ 产率的波动可以忽略。在NOR试验后对Ru-HEP催化剂进行了XRD和XPS研究，结果显示，反应后的Ru-HEP的电子结构和氧空位浓度几乎未发生变化，证实其具有优异的NOR反应稳定性。