电位驱动Cu SACs重构为纳米粒子以促进硝酸盐电化学还原为氨

金属离子掺杂多孔氮掺杂碳(M-N-C)，也称为M-N-C单原子催化剂(SACs)，是一类有前途的电催化剂，其具有替代各种用于催化ORR和CO₂RR的贵金属催化剂的潜力。此外，催化剂重构在热催化中无处不在，对于识别真正的活性位点至关重要，但在电催化中却很少有人探索。on>

基于此，中科院大连化物所王爱琴、刘伟、杨小峰和厦门大学李剑锋等以Cu-N-C SAC作为模型催化剂，并以Operando X射线吸收光谱详细研究了硝酸盐电化学还原过程中活性位点的变化。

研究人员揭示了在硝酸盐电化学还原为氨的过程中，随着施加的电位从0.00 V_RHE增加到-1.00 V_RHE，合成的Cu-N₄单原子位点重组为约5 nm的纳米颗粒，并且还发现Cu²⁺还原为Cu⁺和Cu⁰以及随后Cu⁰单原子的聚集与NH₃的生产率增强同时发生；其中氨的最大产率达到4.5 mg cm^-2 h^-1(12.5 mol NH₃ g_Cu^-1 h^-1)，在-1.00 V_RHE时的法拉第效率为84.7%，优于已报道的大多数其他Cu基催化剂。

反应完后，聚集的Cu纳米粒子可逆地分解成单个原子，然后在暴露于环境下重新恢复为Cu-N₄结构(这掩盖了反应过程中电位诱导的重组现象)。实验结果表明，Cu⁰的百分比和氨法拉第效率同步变化，Cu纳米颗粒是硝酸盐还原为氨的真正活性位点。该项工作揭示了Cu-N₄ SAC在硝酸盐电化学还原过程中的真正活性位点，这有望与氮的等离子体辅助氧化相结合以实现绿色氨生产。

Potential-Driven Restructuring of Cu Single Atoms to Nanoparticles for Boosting the Electrochemical Reduction of Nitrate to Ammonia. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c02262