我室理论催化创新特区研究组肖建平研究员团队(05T8)在电催化人工氮循环方面取得研究进展。
氮氧化物（NOx）是一种常见的环境污染物，传统的去除NOx的方式是将其转化为氮气直接排放到空气中，即热催化脱硝技术。肖建平团队在前期的工作中提出并实现了一氧化氮（NO）高效电催化还原生成氨气（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 9711−9718），建立了一条新型电催化人工氮循环路径。
在此基础上，该团队继续研究实现直接NOx电还原得到N2的可能性。但是实验研究却发现这条路线在各种电势下都很难实现，理解反应产物的电势依耐性变得非常重要。以Ag电极为模型催化剂，结合第一性原理计算与微观动力学模拟，该研究首先验证了电催化能垒计算中采用单层水模型的可靠性，然后考虑完整的NO还原反应网络，计算得到其所有的能量信息，最后建立微动力学模型。计算得到的产物选择性随外加电势的变化趋势与实验结果一致。随着电势降低，NO-NO的热化学耦合反应受到抑制而氨气的选择性升高；进一步降低电压，HER则会占主导，这是由于HER的电荷转移系数更大，受电势的影响更强。该模型还有助于于理解其他电催化还原反应的电势依赖性问题，为实现电催化NOx转化的选择性控制提供了理论基础。
相关研究成果发表在J. Phys. Chem. Lett.上。以上研究得到了中科院洁净能源创新研究院合作基金、国家自然科学基金，国家重大研发计划等研究经费的支持。（文/图 龙军）
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpclett.1c01691
