掺杂钯单原子的Cu3P量子点，其H*吸附性能经过适度优化，以实现多功能“甲醛-硝酸”电化学系统

《Advanced Materials》：Pd Single-Atoms Doped Cu3P Quantum Dots with Moderately Optimized H* Sorption Behaviors for Actualizing the Multifunctional “Formaldehyde-Nitrate” Galvanic System

开发了Pd单原子掺杂Cu3P量子点双功能催化剂，同步高效催化硝酸盐还原（产氨）和甲醛氧化（制氢），实现废水净化与清洁能源回收，兼具高选择性及自供能能力。

　　

摘要

硝酸盐和甲醛是工业和农业废水中的主要污染物，对人类健康和生态系统构成严重威胁。现有的净化技术由于能耗高、耗时长且成本显著而面临巨大挑战。本文报道了一种双功能电催化剂——掺杂钯原子的Cu₃P量子点（Pd-Cu₃P SA-QDs），该催化剂能够显著改善氢离子（H*）的吸附行为，从而加速硝酸盐还原（NO₃RR）和甲醛氧化（FOR）反应的速率，实现阴极氨（NH₃）合成和阳极氢气（H₂）生成的双向高效与选择性。具体而言，NO₃RR反应的起始电位为+0.36 V（相对于标准氢电极RHE），NH₃的法拉第效率（FE）高达99%；而甲醛氧化反应的起始电位低至-0.07 V（相对于RHE），甲酸的FE超过90%，氢气的FE在0.3 V时超过95%。值得注意的是，通过整合这两种基于电极的反应，可以构建一个自供电的电解系统，该系统的开路电压为0.892 V，峰值功率密度为12.1 mW cm^-2，能够产生8.8 KWh kg^-1的电能。

图形摘要

掺杂钯原子的Cu₃P量子点有效驱动了这种新型的多功能“甲醛-硝酸盐”电解系统，用于废水净化、电力生成以及高附加值物质（NH₃、H₂和甲酸）的同时生产，为可持续的未来利用绿色能源和清洁能源提供了有力支持。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。