探索在碳布负载的α-Co(OH)2纳米片上高效电化学将硝酸盐还原为氨的反应机理

《Langmuir》：Exploring the Reaction Mechanism of Efficient Electrochemical Nitrate Reduction to Ammonia over Carbon Cloth-Supported α-Co(OH)2 Nanosheets

本工作系统研究了α-Co(OH)2/CC催化剂在电化学硝酸盐还原反应（eNO3RR）中的活性位点演化及结构重构机制，发现其经历α-Co(OH)2→β-Co(OH)2→CoOOH的循环演化过程，实现92%法拉第效率和338 mmol·gcat-1·h-1氨产率，为高活性钴基催化剂设计提供新策略。

　　

基于钴的催化剂在电化学硝酸盐还原反应（eNO₃RR）中为废水净化和氮气回收提供了一种可持续且高效的方法。然而，在该反应过程中，催化剂不可避免地会发生不可控的结构重构，导致实际活性位点的不确定性以及对该反应机制的误解。本文通过原位和体外表征方法研究了α-Co(OH)₂/CC在eNO₃RR过程中的活性位点及结构演变。结果表明，在强碱性电解质中，α-Co(OH)₂纳米片会转化为β-Co(OH)₂，并作为活性位点吸附NO₃^–，进而自发反应生成CoOOH；在负电阴极电位下，CoOOH迅速被还原为β-Co(OH)₂，从而实现了一种由电驱动的循环演变过程，并协同催化eNO₃RR反应。最终，在?0.1 V（相对于RHE）时，α-Co(OH)₂/CC的法拉第效率高达92%；在?0.6 V（相对于RHE）时，其NH₃产率达到了338 mmol·g_cat^–1·h^–1。这项研究为基于钴的催化剂在eNO₃RR反应中的结构演变和催化行为提供了新的见解。