不对称硫桥连铜钴双原子位点的电荷调控助力高效电催化合成氨

电化学硝酸盐还原反应(NO3RR)制备氨面临八电子转移动力学迟缓和多重竞争反应等挑战。研究人员创新性地利用羊毛角蛋白的二硫键捕获能力，构建了不对称硫桥连Cu-Co双原子催化剂(CuCo-SNC)。该催化剂在-0.3 V (vs RHE)下法拉第效率达97.8%，-0.6 V时NH3产率0.88 mmol h-1 cm-2，组装的Zn-NO3-电池功率密度7.99 mW cm-2。研究为先进电催化氨合成技术提供了新思路。

　　

这项突破性研究展示了如何通过精妙的原子级工程解决电化学合成氨的关键难题。科研团队受羊毛角蛋白中丰富二硫键的启发，巧妙设计出具有不对称硫桥连结构的铜-钴双原子催化剂(Cu-S-Co)。这种独特的结构就像在两种金属原子之间架设了一座"电子高速公路"，通过硫桥(S-bridge)打破铜钴之间的电子平衡，有效调控活性位点的电荷状态。实验数据显示，电子会沿着硫桥从铜原子快速转移到钴原子，显著提升了硝酸根离子(NO₃^-)在双金属位点的转化效率。最令人振奋的是，该催化剂在温和电位(-0.3 V)下就实现了接近完美的法拉第效率(97.8%)，而将电位提升至-0.6 V时，氨(NH₃)的生成速率可达0.88 mmol h^-1 cm^-2。基于此组装的锌-硝酸盐电池展现出7.99 mW cm^-2的优异功率输出和出色的循环稳定性。这项研究不仅为绿色氨合成提供了新思路，更为设计高效双原子催化剂开辟了崭新路径。