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復(fù)旦張黎明研究員Chem：FE近100%！Ni催化NO電化學(xué)合成氨

電化學(xué)轉(zhuǎn)化一氧化氮（NO）為氨（NH₃）是人工固氮和平衡受干擾的氮循環(huán)的有效途徑，但由于缺乏對(duì)NH₃的機(jī)理了解和對(duì)NH₃的低選擇性，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

基于此，復(fù)旦大學(xué)張黎明研究員等人報(bào)道了一種從一組過(guò)渡金屬電催化劑中篩選出了Ni作為最有效的電催化劑。為更深入地了解活性位點(diǎn)基序，作者合理地設(shè)計(jì)了5種不同表面取向的單晶Ni箔，使NH₃在Ni(210)表面上的法拉第效率（FE）達(dá)到了近100%，NH₃產(chǎn)率為12.02 μmol cm^-2 h^-1。

通過(guò)密度泛函理論（DFT）計(jì)算，作者研究了Ni在不同方面的反應(yīng)活性，包括N*途徑（NO→NOH*→N*+H₂O, N*→NH*→NH₂*→NH₃）和O*途徑（NO→NHO*→NH₂O*→NH₃ + O*， O*→OH*→H₂O）。

結(jié)果表明，以NH*→NH₂*為RDS的N*途徑在Ni(111)、Ni(100)、Ni(310)和Ni(520)面上主導(dǎo)了NOR，與RDS相關(guān)的能量增加分別為0.27、0.48、0.23和0.22 eV。

對(duì)于Ni(210)，N*和O*途徑，N*途徑的勢(shì)壘相對(duì)較小，為0.15 eV，但O*途徑在Ni(210)上具有能量上的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)為幾乎連續(xù)的下坡轉(zhuǎn)換，最后一步上坡為0.04 eV。

此外，DFT計(jì)算還表明，NOH*、N*和NH*這三個(gè)產(chǎn)物傾向于占據(jù)一個(gè)空心的活性位點(diǎn)，而NH₂*中間體僅穩(wěn)定在一個(gè)橋位點(diǎn)。

因此，吸附位點(diǎn)必須在NH*→NH₂*這一步驟中從空心位點(diǎn)切換到橋位點(diǎn)。作者推測(cè)，這種轉(zhuǎn)換所需的自由能，用?G_s表示，可能決定了NH₃生成的活度。

Deciphering nickel-catalyzed electrochemical ammonia synthesis from nitric oxide. Chem, 2023, DOI: https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.08.001.

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