周偉家團隊，重磅EES！
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電能和氨（NH
3
）清潔生產(chǎn)是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然要求?；诖?，
濟南大學(xué)周偉家教授等人
報道了利用快速激光照射的方法，在Cu箔上合成了CuNi納米合金納米顆粒（CuNi NPs/CF）作為整體陰極，用于電催化硝酸鹽（NO
3
?
）還原為NH
3
（NIRR）。
CuNi NPs/CF具有安培級的NIRR性能，在-0.48 V時NH
3
產(chǎn)率最高達到94.57 mg h
?1
cm
?2
，法拉第效率（FE）約為97.03%，并且在超高NO
3
?
濃度（44.3 g L
?1
）下具有良好的穩(wěn)定性。此外，以CuNi NPs/CF為正極構(gòu)建了功率密度最高的Zn-NO
3
?
電池，功率密度為70.7 mW cm
-2
。
作者利用密度泛函理論（DFT）計算了NO
3
?
還原全過程的自由能，包括*NO
3
的化學(xué)吸附過程（NO
3
?
→*NO
3
）、脫氧過程（*NO
3
→*NO
2
→*NO→*N）、加氫過程（*N→*NH→*NH
2
→*NH
3
）和NH
3
的解吸過程（*NH
3
→NH
3
）。
NO
3
?
在Ni(111)（0.44 eV）上形成*NO
3
是整個NO
3
?
還原過程的電位決定步驟（PDS），其在所有基本步驟中自由能變化最大。對于Cu(111)，*NH
2
生成*NH是整個NO
3
?
還原過程的PDS，但受H*不足的限制。
結(jié)果表明，PDS在CuNi(111)（*NH
3
→NH
3
）上的吉布斯自由能變化（ΔG）值為0.28 eV，小于Ni(111)（0.44 eV）和Cu(111)（0.37 eV）上的吉布斯自由能變化，表明其具有較高的NIRR活性。
在引入Ni后，CuNi(111)對*NH的加氫還原能力優(yōu)于Cu。HER過程的吸附自由能計算表明，CuNi(111)比Ni(111)和Cu(111)具有更大的H
+
→H*的自發(fā)反應(yīng)能，H*→1/2H
2
的?G也更高，有利于H*的生成，抑制H
2
的生成。
結(jié)果表明，Cu位點對*NO
3
的化學(xué)吸附和Ni位點對*NH的加氫串聯(lián)，實現(xiàn)了NO
3
?
的安培級還原。
Laser-controlled tandem catalytic sites of CuNi alloy with ampere-level electrocatalytic nitrate to ammonia activity for Zn-nitrate battery.
Energy Environ. Sci.,
2023
, DOI: https://doi.org/10.1039/D3EE01301D.
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計算內(nèi)容涉及OER、HER、ORR、CO
2
RR、NRR自由能
臺階圖
、火山理論、d帶中心、
反
應(yīng)路徑
、摻雜、缺陷、表面能、吸附能
等
。
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