通过在基于精确硝酸盐检测技术的聚（两性离子液体）功能化聚吡咯纳米管上原位生长CoS2纳米颗粒，实现了硝酸盐电合成的增强

《Journal of Materials Chemistry A》：Enhanced nitrate electrosynthesis by in situ growth of CoS2 nanoparticles on poly(zwitterionic liquids) functionalized polypyrrole nanotubes based on accurate nitrate detection

电催化硝酸盐合成中，基于聚(zwitterionic液体)PVIPS功能化聚吡咯纳米管（PPyNTs）表面原位生长的CoS?纳米颗粒表现出优异性能，在1.75 V低电位下实现41.14 μg h?1 mgact?1硝酸盐产率和1.89%法拉第效率。理论计算表明PVIPS诱导的表面电荷调控使关键步骤能垒降低0.06 eV，同时准确检测硝酸盐需考虑稀释因子和背景溶液影响。

　　

从化石燃料向可持续能源的转变突显了电催化技术的重要性，尤其是通过氮氧化反应（NOR）实现硝酸盐的电合成，作为传统工业硝酸盐生产方法的可持续替代方案。这一转变极大地激发了人们对高效电催化剂设计和开发的兴趣。本研究探讨了使用聚(3-(1-乙烯基咪唑基-3-基)丙烷-1-磺酸盐（PVIPS）进行硝酸盐电合成的方法。PVIPS是一种含有咪唑基和磺酸基团的特殊聚两性离子液体，能够促进CoS?纳米颗粒在经过改性的聚吡咯纳米管（PPyNTs）表面原位生长。所得到的CoS?/PVIPS/PPyNTs体系在硝酸盐电合成性能上优于单纯的CoS?或CoS?/PPyNTs体系，最大硝酸盐产率达到41.14 μg h?1 mg·act?1，并且在1.75 V的低电位下（相对于可逆氢电极）实现了1.89%的法拉第效率（FE）。这种性能提升归因于PVIPS对CoS?纳米颗粒的纳米尺寸控制和均匀分散效果。理论计算表明，由于在NOR过程中CoS?表面原位生成的SO?2?被转化为SO?2?，吸附的N?氧化成NNOH的能量障碍从1.75 eV降低到了1.69 eV，从而加速了反应速率。此外，准确检测电液中的硝酸盐浓度对于评估电催化剂性能至关重要，研究发现稀释因子和背景溶液会显著影响NO??的检测结果。本研究为过渡金属化合物（TMCs）在硝酸盐电合成中的应用提供了宝贵见解，并为准确评估电催化剂的性能提供了指导。