电子科技大学孙旭平教授课题组 | 非晶硼化钴纳米阵列用于高效电催化亚硝酸根还原制氨

氨(NH₃)，因其对医药、农业和化学工业的显著影响，在当代社会中发挥着举足轻重的作用。同时，氨也被视作一种高效的氢燃料载体。电催化亚硝酸根还原(NO₂⁻RR)制氨，可以将水体中的NO₂⁻污染物转化为高附加值的NH₃，对于减少CO₂释放和环境修复有着重要的意义。无定型的过渡金属硼化物（TMB）纳米材料，因其非晶相结构中含有大量的缺陷和悬空键，能为电催化NO₂⁻还原反应提供丰富的活性位点，促进NO₂⁻还原制氨。因此选用非晶TMB作为NO₂⁻RR电催化剂用于室温下制氨。

近日，电子科技大学的孙旭平教授课题组首次采用磁控溅射技术，以生长在钛片(TP)上的二氧化钛(TiO₂)纳米片阵列为基底，在TiO₂纳米片表面溅射一层非晶硼化钴纳米薄膜，制备得到CoB@TiO₂/TP。通过一系列的表征可知，磁控溅射后TiO₂纳米片厚度增加（为35~70 nm），并且非晶硼化钴均匀修饰在TiO₂纳米片表面。

图1 (a) CoB@TiO₂/TP和TiO₂/TP的XRD；(b) TiO₂/TP和(c) CoB@TiO₂/TP的SEM；CoB@TiO₂的TEM (d) 和HRTEM (e)；(f) CoB@TiO₂/TP的EDX-mapping图。

研究CoB@TiO₂/TP电催化NO₂⁻还原制氨活性表明，在-0.7 V时CoB@TiO₂/TP的NH₃产率高达233.1 μmol h⁻¹ cm⁻²，且法拉第效率为95.2%，优于大多数已报道的NO₂⁻RR催化剂。此外CoB@TiO₂/TP也展现出良好的电化学稳定性，在12小时连续的电解测试中，CoB@TiO₂/TP的NH₃产率保持着持续增长，法拉第效率几乎维持恒定(图二)。

图2 CoB@TiO₂/TP的电催化NO₂−RR性能。

本研究不仅为制备非金属硼化物纳米阵列材料提供了有效策略，同时还揭示了非金属硼化钴在电催化NO₂⁻还原制氨的重要作用，这也能激发研究者对非金属硼化物用于电催化NO和NO₃⁻还原制氨的研究兴趣。CoB@TiO₂/TP具有的连续NO₂⁻还原制氨性能和优越的电化学稳定性，将推动电催化NO₂⁻还原制氨性的实际应用。

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Amorphous CoB nanoarray as a high-efficiency electrocatalyst for nitrite reduction to ammonia

Long Hu, Donglin Zhao, Chengchen Liu, Yimei Liang, Dongdong Zheng, Shengjun Sun, Quan Li, Qian Liu, Yonglan Luo, Yunwen Liao, Lisi Xie, Xuping Sun

Inorg. Chem. Front., 2022, 9, 6075-6079

https://doi.org/10.1039/D2QI01363K

*文中图片皆来源上述文章

通讯作者简介

孙旭平 教授

电子科技大学 基础与前沿研究院

孙旭平，电子科技大学基础与前沿研究院教授。2006年毕业于中国科学院长春应用化学研究所，获博士学位。2006-2009年期间先后在康斯坦茨大学、多伦多大学和普渡大学从事博士后研究工作，2010年1月加入长春应化所，2015年11月到四川大学工作，2018年4月加入电子科技大学。入选四川省学术和技术带头人（2018）、英国皇家化学会高被引作者（2017-2020）、化学领域中国高被引学者（2018 -2019）、材料科学领域中国高被引学者（2020-2021）、化学和材料科学领域全球高被引科学家（2018-2020）、全球顶尖前10万科学家(2020-2022)、英国皇家化学会会士（2020）。发表论文600余篇，总引用次数59000余次，H指数126。长期致力于纳米功能材料设计、结构调控及催化和传感应用研究，目前主要围绕碳中和开展研究，重点聚焦于绿氢及绿氨电化学合成、汽车尾气及工业废水电化学脱硝等。

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