氨(NH₃)的工業(yè)合成仍然依賴于傳統(tǒng)的Haber–Bosch法，這造成大量的能源消耗和溫室氣體排放。因此，綠色、可持續(xù)的電化學(xué)氨合成方法近年來受到電催化領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。其中，電催化還原一氧化氮(NO)不僅為NH₃的生成提供了一種有前途的策略，而且緩解了人為破壞的N循環(huán)平衡。然而，開發(fā)高效的電催化劑來提高NO電還原性能仍然是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。

基于此，湖南大學(xué)王雙印、陳晨和多倫多大學(xué)Chandra Veer Singh等采用水熱法制備了六方鈷納米片(hcp-Co)，以用于高效電催化NO還原。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的hcp-Co催化劑在?0.6 V_RHE下的NH₃產(chǎn)率和法拉第效率分別為439.50 μmol cm^?2 h^?1(1465.0 μmol h^?1 mg_cat^?1)和72.58%。

為了進(jìn)一步突出這種hcp相的優(yōu)點(diǎn)，研究人員在H₂/Ar混合氣氛中合成了具有fcc相的Co納米片(fcc-Co)，其NH₃產(chǎn)率和法拉第效率分別為142.10 μmol cm^?2 h^?1和57.12%，顯著低于hcp-Co。此外，在六個(gè)循環(huán)中，NH₃對(duì)hcp-Co催化劑的產(chǎn)率和法拉第效率的保留率分別為94.04%和91.62%，表明該催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

理論計(jì)算表明，hcp-Co在費(fèi)米能級(jí)處表現(xiàn)出較高的下旋電子活性，有利于NO分子的活化。同時(shí)，與fcc-Co中的ΔG(?0.67 eV)相比，hcp-Co(?0.80 eV)中的質(zhì)子擴(kuò)散高度有利，表明hcp-Co中更多的質(zhì)子源用于NO的質(zhì)子化，hcp-Co中的質(zhì)子穿梭效應(yīng)提高了其電催化效率。

此外，采用hcp-Co作為正極組裝的Zn?NO電池的功率密度為4.66 mW cm^?2，優(yōu)于目前文獻(xiàn)報(bào)道的其他Zn?NO電池的性能?？傊?，該項(xiàng)工作不僅為高效電催化NO還原反應(yīng)生產(chǎn)氨提供了一種有效的電催化劑，而且其催化劑制備策略也為NORR電催化劑的高效設(shè)計(jì)提供了思路。

Hexagonal Cobalt Nanosheets for High-Performance Electrocatalytic NO Reduction to NH₃. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c00276