Cu-Ni催化剂助力高效电化学反硝化合成氨

工业化的快速发展破坏了全球氮循环平衡,导致地下水中硝酸盐含量迅速增加.电催化硝酸根还原(ECNR)可以有效地将硝酸盐转化为氨,同步实现硝酸盐去除和氨的合成.然而反硝化合成氨过程步骤复杂且动力学缓慢,因此高效的硝酸盐还原为氨仍面临挑战.本文报道了一种基于电化学沉积方法制备的Cu-Ni合金,可实现稳定、高效的硝态氮向氨氮转化,硝态氮的还原率和氨氮的选择性在四小时内分别达到83.87%和93.6%.根据质子耦合-电子转移理论,通过调节电解液酸碱度pH和加载电势Eh可得到最佳反应条件.研究表明Ni的引入有利于催化剂d带中心的上移,促进硝酸盐和相应中间体的吸附.另外,本文采用旋转圆盘电极和原位傅里叶变换红外光谱技术揭示了硝酸盐制氨过程的反应中间体演化和反应机理.本研究为理解双金属脱硝的协同机理提供了新思路,并提出了硝酸盐在双金属催化剂上的反应路径.