B表面负载的Co纳米颗粒与N掺杂的sp2/sp3碳结合：一种用于从硝酸盐可持续生产氨的协同催化剂设计

《Journal of Materials Chemistry A》：Co nanoparticles on B, N–Co-doped sp2/sp3 carbon: a synergistic catalyst design for sustainable ammonia production from nitrate

双功能碳基催化剂通过三重协同策略（石墨化、B-N共掺杂、纳米限域）显著提升电催化硝酸盐还原为氨的活性与稳定性，实现>98%氨选择性及4039 μg h?1 cm?2高活性，优于传统贵金属催化剂。

　　

为克服传统碳催化剂在活性位点密度、电荷转移效率及结构稳定性方面的局限性，我们提出了一种三重协同策略，结合了钴（Co）催化的石墨化过程、硼（B）-氮（N）共掺杂以及小尺寸钴纳米颗粒的固定化技术。利用壳聚糖丰富的氮元素骨架、硼酸的掺氮能力以及钴盐的空间限制效应，该方法实现了精确的B-C/N-C键合结构，并实现了sp2/sp3相结构的调控。此外，该策略还稳定了直径为15–20纳米的钴纳米颗粒，这些颗粒与掺氮碳材料之间存在强烈的电子耦合。理论计算（DFT）结果表明：钴的d带中心能量向上移动了0.41电子伏特（eV），界面电荷重新分布得到显著改善。由此制备的Co/BNC催化剂在-0.6至-0.1伏（vs. RHE）的电压范围内，实现了高达65–98%的氨选择性（NH?选择性）和462–4039 μg h?1 cm?2的氨生成速率，且其活性衰减幅度极小，远优于贵金属催化剂。这项工作为开发兼具高活性、优异耐久性和工业可行性的多功能碳基电催化剂提供了可扩展的范例，有助于实现可持续的氮化合物转化。