晶态-非晶异质结内建电场促进硝酸盐串联电还原合成氨

本研究针对电化学硝酸盐还原(NO3?RR)存在动力学缓慢和副反应多的问题，开发了c-Co3O4/a-CuO晶态-非晶异质结催化剂，在中性电解质中实现412.5 μmol h?1 mg?1的氨产率和90%的法拉第效率，其内建电场效应为环境修复与能源转化提供了新策略。

　　

电化学硝酸盐还原合成氨(Nitrate Reduction to Ammonia, NO₃^?RR)技术兼具可持续氨合成和环境硝酸盐修复的双重优势，但现有催化剂存在反应动力学缓慢和副反应严重等瓶颈。研究人员成功构建了晶态三氧化四钴/非晶氧化铜(c-Co₃O₄/a-CuO)异质结催化剂，该材料在-0.8 V_RHE中性电解质中表现出卓越性能：氨生成速率达412.5 μmol h^?1 mg^?1，法拉第效率(Faradaic Efficiency)高达90%。机理研究表明，该催化剂通过串联催化路径发挥作用——非晶氧化铜优先吸附并脱除硝酸根(NO₃^?)的氧原子生成NO₂中间体，随后晶态三氧化四钴位点将NO₂高效转化为氨分子(NH₃)。结构表征和光谱分析进一步揭示，晶态-非晶界面诱导的电荷重排和内建电场(built-in electric fields)显著加速电子转移过程，并降低决速步的能垒。当将该催化剂集成至锌-硝酸盐电池(Zn-NO₃^? battery)体系时，可同步实现环境污染物净化、电能存储和绿色氨合成的三重功能。