電化學硝酸鹽還原(NITRR)制氨是傳統(tǒng)Haber-Bosch工藝的一個有前途的替代方案，但該過程涉及多電子/質子的步驟，導致法拉第效率低和氨產量有限。

因此，開發(fā)和設計一種新型的電催化劑以實現高效和高選擇性NITRR制氨是推動NITRR實際應用的關鍵。

基于此，北京化工大學邵明飛課題組在碳布(CC)上首次合成了負載CoP納米球的碳納米片(CoP-CNS)，其表現出極高的氨產率。

對于CoP-CNS，Co-CNS和CNS，所有樣品在存在NO₃^?的情況下都表現出增強的電流密度，其中CoP-CNS在相同電位下總是顯示出最大的氨產量，表明其對于NITRR的效能更高。

CoP-CNS在?0.33 V_RHE處的硝酸鹽轉化為氨的法拉第效率達到93.3%，NH₃產率達到0.18 mmol h^?1 cm^?2，分別是Co-CNS和CNS的1.5倍和2.9倍，表明CoP在NITRR中的關鍵作用。

此外，連續(xù)運行123小時(41個連續(xù)電解循環(huán))后，CoP-CNS的FE和NH₃的產率幾乎沒有衰減；SEM圖像顯示CoP-CNS的納米片陣列結構保持不變，STEM和EDX映射進一步表明各種元素在測試后仍然均勻分布在納米片上。

CoP-CNS具有較高的結構穩(wěn)定性，這主要歸功于CNS的錨定作用和P的插入，防止了Co物種的明顯相變。

實驗結果和密度泛函理論(DFT)計算表明，CoP和Co表面的NITRR過程包括NO₃^?逐步脫氧生成N*的步驟和隨后加氫生成NH₃的步驟。

從NO*到HNO*的轉化(1.57 eV)是CoP的RDS，而Co的RDS是NO₂*轉化為HNO₂*(3.09 eV)，突出了磷化在促進NITRR動力學中的關鍵作用。此外，CoP表面的整個反應途徑比Co表面的反應途徑能壘更低，說明CoP-CNS上的NITRR活性更高。

此外，CoP-CNS優(yōu)異的NITRR活性歸因于足夠的H_ads生產和NITRR中間體及時消耗，實現了活性氫生產與消耗的動態(tài)平衡，這同時提高了硝酸鹽轉化為氨的FE和NH₃的產率。

綜上，該項工作所提出的這種基于H_ads動態(tài)平衡的獨特視角將拓寬電催化劑設計的視野，并為大規(guī)模生產氨和相應工業(yè)流程的改進提供新的見解。

Active Hydrogen Boosts Electrochemical Nitrate Reduction to Ammonia. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-35664-w