北科/天大/理化所Angew.：金属间化合物中富电子Ru原子促进电化学NORR制氨

2022年11月23日上午12:19 • 顶刊解读

在环境条件下，直接电化学NO还原反应(NORR)是一种将有毒NO转化为可用的NH₃有效策略。然而，由于目前所开发的NORR电催化剂面临转化效率和耐久性差的限制，该策略实现实际应用仍具有挑战性。钌(Ru)是一种具有前景的NORR电催化剂，将Ru原子置于富电子环境中可以提高其本征活性。

此外，将Ru单原子锚定在供电子基底上或将Ru与电负性较低的金属合金化是创造富电子环境的两种主要策略，也有利于减少昂贵的Ru的使用。

基于此，北京科技大学鲁启鹏、天津大学于一夫和中科院理化所夏静等利用基底锚定热退火策略，成功合成了粒径为5.4±0.6 nm的体心立方RuGa (bcc RuGa) IMCs。在bcc结构中，Ga原子占据顶点，而Ru原子位于体中心。

综合结构表征结果表明，bcc RuGa IMCs中Ru原子具有单分散特性，以及顶点Ga原子和体中心Ru原子具有强供体-受体相互作用。

因此，在电催化NORR中，bcc RuGa IMCs表现出显著提升的活性和耐久性，实现高的NH₄⁺产量(320.6 μmol h^-1 mg^-1_Ru)，以及在-0.2 V下的法拉第效率为72.3%。

密度泛函理论(DFT)计算表明，在bcc RuGa IMCs中，富电子Ru原子促进电子从Ru原子转移到*HNO中间体，优化了*HNO中间体的吸附/活化，降低了PDS的能垒，从而有效提高NORR性能。

这项工作揭示了合理设计NORR催化活性位点的重要性。所提出的晶体结构调控策略将为开发先进的贵金属基电催化剂开辟新的途径。

Isolated Electron-Rich Ruthenium Atoms in Intermetallic Compounds for Boosting Electrochemical Nitric Oxide Reduction to Ammonia. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202213351

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