肖建平课题组揭示电催化一氧化氮还原反应的电势依赖性

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近日，我所催化基础国家重点实验室理论催化创新特区研究组（05T8组）肖建平研究员团队在电催化人工氮循环研究方面取得新进展，揭示了电催化一氧化氮还原反应的电势依赖性。
　　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），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NOx直接电还原得到N2路线的可能性。实验研究发现，该路线在各种电势下都很难实现，因此理解反应产物的电势依赖性尤为重要。

　　本工作中，团队利用Ag电极作为模型催化剂，结合第一性原理计算与微观动力学模拟，首先验证了电催化能垒计算中采用单层水模型的可靠性；随后，考虑完整的NO还原反应网络，计算得到其所有的能量信息；最后建立了微动力学模型。研究发现，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，电催化析氢反应（HER）就会占主导作用，这是由于HER的电荷转移系数越大，受电势的影响越强。该模型还有助于理解其他电催化还原反应的电势依赖性，为实现电催化NOx转化的选择性控制提供了理论基础。
　　相关研究以“Unveiling Potential Dependence in NO Electroreduction to Ammonia”为题，于近日发表在《物理化学快报》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。该工作的第一作者是我所05T8组2018级联合培养博士研究生龙军。以上工作得到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项目的支持。（文/图 龙军）
　　文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c01691


      文章来源：大连化物所
      肖建平博士2009-2013年在德国不来梅大学物理和电子工程系攻读博士学位(指导导师：Thomas Frauenheim教授和Thomas Heine教授)，主要从事固体氧化物表面稳定性和反应性的理论研究。2013-2015年在中国科学院大连化学物理研究所进行博士后研究工作(合作导师：包信和 研究员/院士)，主要研究在限域环境下催化反应中的一般性规律和电子结构根源。2015-2017年在美国斯坦福大学进行博士后研究工作(合作导师：Jens K. Nørskov 教授/院士)，主要研究电化学还原二氧化碳得到液体燃料的基本原理和方法。2017年11月回国在浙江西湖高等研究院-理学研究所工作，总共发表学术论文57篇，包括Science, Nature Energy, Nature Communications, PNAS, PRL, JACS, Angew Chem, Chem. Sci.等等。