异核双过渡金属协同调控一氧化氮电还原反应：从高效合成氨到环境污染物资源化利用

《International Journal of Hydrogen Energy》：Heteronuclear double transition metal synergistic regulation of nitric oxide electroreduction reaction

本文系统探讨了氮掺杂石墨烯负载的异核双原子催化剂（DACs）在一氧化氮电还原反应（NORR）中的应用。研究提出四步筛选策略，发现CuAg@G催化剂具有优异活性（速率决定步骤吉布斯自由能仅0.07 eV）和选择性（析氢反应能垒达0.25 eV），通过描述符φ与极限电位的火山型关系揭示首末步氢化反应的关键作用，为新型NORR电催化剂设计提供重要理论依据。

　　

Highlight

基于提出的四步筛选方案，在评估催化剂结构稳定性、NORR活性和选择性后，系统研究了57种氮掺杂双原子石墨烯候选材料的NORR催化性能。发现在大多数TM₁TM₂@G上，一氧化氮氢化的第一步氢原子优先与氮原子结合。同时，CuAg@G具有优异的NORR电催化活性和选择性，其速率决定步骤（RDS）的吉布斯自由能低至0.07 eV，而竞争性析氢反应（HER）的能垒为0.25 eV，比前者高出近一个数量级。通过描述符φ与NORR极限电位的火山型关系证实，一氧化氮氢化的首步与末步反应对NORR过程至关重要。

结论

总之，本研究通过构建异核双过渡金属催化剂体系，实现了对一氧化氮电还原反应的高效调控。CuAg@G催化剂展现出卓越的协同催化效应，其低反应能垒和高选择性为氨绿色合成提供了新思路。提出的描述符关系为后续设计新型NORR电催化剂奠定了重要理论基础。