电催化硝酸盐合成氨(NO3RR)由于低能耗,低碳排放,变废为宝等优点被广泛关注。然而,NO3RR涉及8e-转移和多种潜在的反应中间体导致其动力学缓慢。已有研究表明,吸附中间体*NO3还原为*NO2的初始2e-转移是NO3RR的速率决定步骤(RDS)。因此,开发高效、稳健的电催化剂来加速*NO3向*NO2的转化对于加速NO3RR的整体动力学至关重要。已有研究表明钼(Mo)可以促进N-O的断裂和亚硝酸盐的生成。然而,Mo在NO3RR中的动态演变过程尚不明确,且这种演变与催化性能提升的关联机制仍需探索。
基于此,研究团队通过一步电沉积法制备了Cu-Mo0.2/NF电催化剂并且全面的研究了钼的动态重组在提高电催化硝酸盐还原(NO3RR)动力学中的关键作用。原位拉曼光谱、XPS和ICP-OES表明,Mo在NO3RR过程中溶解重组为Mo2O72-并吸附在电催化剂表面从而加速了反应动力学。实验和DFT计算进一步证实了Mo的动态溶解、重组和吸附过程显著激活了*NO3,从而显著加速了*NO3还原为*NO2的动力学。重构后的[Mo2O7]2--Cu/NF展现出优异的性能,氨产率最高可达1.55 mmol h-1 cm-2,法拉第效率接近99%,且具有30个小时的优异稳定性。该工作为进一步研究NO3RR机制提供了新的范式。

相关成果以 “Dynamic Dissolution-Reorganization of Molybdenum Triggers Synergistic Electrocatalysis on Copper for Efficient Nitrate-to-Ammonia Conversion (DOI:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.126187)”为题发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上(影响因子:21.1,中科院化学一区TOP期刊)。论文第一作者为学院2023级硕士研究生毛旭冉;通讯作者为学院包福喜副教授和杨红兵教授。该研究得到了该研究得到了天池英才计划(CZ002723)、国家人才计划项目(No. CZ002712和No.KZ6009)的资金支持。石河子大学为第一署名及通讯单位。
(图文:包福喜 初审:张海洋 复审:刘平 终审:徐炜杰)