高效電催化還原硝酸鹽制氨是一種很有前途的廢水處理和綠色生產(chǎn)氨的方法，但目前迫切需要具有良好選擇性和穩(wěn)定性的高效電催化劑?；诖?，電子科技大學李廷帥副教授（通訊作者）等人報道了一種含有豐富氧空位（Vo）的缺陷Fe2TiO5（FTO）納米纖維（FTO NFs）用于硝酸還原反應(yīng)（NO3–RR），該纖維是一種高活性催化劑，氨產(chǎn)率可達0.73 mmol h-1 mg-1cat.。在含0.1 M NO3–的磷酸鹽緩沖鹽水（PBS）電解液中，在-1.0 V時法拉第效率（FE）高達87.6%，氨產(chǎn)率提高至1.36 mmol h-1 mg-1cat.。在-0.9 V的條件下，亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氨的轉(zhuǎn)化率為96.06%。
通過DFT計算，揭示了NO3–RR過程在FTO-E表面的反應(yīng)機理。通過計算態(tài)密度（DOS）來評估在FTO體中引入Vos引起的電子結(jié)構(gòu)變化，其中原始FTO DOS中圍繞費米能量的自旋分裂態(tài)。自旋向上的DOS帶隙為0.3 eV，當存在Vos時帶隙顯著減小。在- 2 eV和4 eV位置也有類似的DOS增加趨勢，催化劑導電性增強。因此，添加Vos可顯著提高催化劑的導電性。
此外，NO3–基團在吸附步驟后被激活。在反應(yīng)過程中，部分脫氧（*NO3→*NO）和全部加氫（*N→*NH3）的自由能不斷降低。由于Fe原子對*NO的吸附比Ti原子強，因此選擇Fe原子作為*NO的單N中間反應(yīng)活性位點。因此，將整個NO3–RR過程中的*NO→*N過程視為電位決定步驟（PDS），F(xiàn)TO和FTO-Vo分別呈現(xiàn)0.35和0.68 eV的上坡路能量。因此，Vo的存在顯著提高了FTO-E的催化性能。
Durable Electrocatalytic Reduction of Nitrate to Ammonia over Defective Pseudobrookite Fe2TiO5 Nanofibers with Abundant Oxygen Vacancies. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202215782.
https://doi.org/10.1002/anie.202215782.
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