基于超薄钴掺杂硫化镍的电催化硝酸盐还原节能合成氨研究

《Journal of Electroanalytical Chemistry》：Minimizing energy loss based on ultrathin Co-Ni 3S 2 for enhanced electrocatalytic nitrate to ammonia

本文报道了一种通过钴掺杂将Ni3S2/NF阳极材料从棒状重构为三维纳米片花状结构的新策略。该设计使比表面积和电化学活性面积分别提升7.6倍和14倍，并通过尿素氧化反应（UOR）替代析氧反应（OER），在保持氨法拉第效率（FE>98%）和选择性（SE>95%）的同时，实现能耗降低21.7%，为节能型电催化硝酸盐还原（ERN）合成氨提供了新思路。

　　

Highlight

通过钴掺杂实现Ni₃S₂从棒状到纳米片花状的形貌重构，使比表面积（BET）和电化学活性面积（ECSA）分别提升约7.6倍和14倍，显著增加活性位点数量。XRD显示因晶格收缩产生约0.4°正偏移（Co³⁺半径0.545 ? < Ni²⁺半径0.69 ?），拉曼位移3.1 cm^?1表明Ni-S键增强和电荷转移加速。

结论

本研究成功制备了具有三维纳米片网络结构的自支撑Co-Ni₃S₂/NF阳极，证实其在析氧反应（OER）和尿素氧化反应（UOR）中的双功能催化活性及UOR辅助电催化硝酸盐还原（ERN）的节能效应。钴掺杂引起的形貌优化使活性位点数量显著增加，但周转频率（TOF）分析表明性能提升主要源于活性位点密度增加而非本征活性增强。该阳极与Mn-CoNiP/NF阴极耦合时，UOR替代使能耗降低21.7%，同时在-0.58 V vs. RHE条件下实现1289.8 mg h^?1 g^?1的氨产率，并保持76小时稳定运行。