利用較低的N=O鍵離解能(204 kJ mol^?1)和較快的反應動力學，將活性氮氧化物轉化為NH₃為解決電化學氮還原反應(ENRR)低反應效率的困境提供了一條有前途的技術路線。一氧化氮(NO)是化石燃料燃燒和其他化學工業(yè)中豐富的主要氮源污染物之一，通過電催化合理利用廢NO可以同時緩解環(huán)境問題和逆轉全球氮循環(huán)失衡。

然而，緩慢的析氧反應(OER)通常被用作陽極反應和NORR一起進行，這消耗了大部分能量。為了提高NORR系統(tǒng)的整體能源和經(jīng)濟效益，探索一種合適的低過電位陽極取代反應是必不可少的。

近日，浙江大學嚴建華、吳浩斌和吳昂鍵等報道了NO的電催化歧化反應，通過陰極NORR和陽極NO電氧化耦合實現(xiàn)有效固氮。這種策略能夠通過在一個組裝的電解槽中生產雙重高價值產品(NH₃和硝酸鹽)來最大限度地利用廢NO。

同時，通過理論計算和實驗驗證，研究人員開發(fā)了高效的NORR催化劑CoNiO_x@Cu，以改善NO吸附和降低反應能壘；最優(yōu)的CoNi(5:5)O_x@Cu催化劑在?0.68 V_RHE下的NH₃產率達到20 mg h^?1cm^?2，并且其能夠在電流密度≈165mA cm^?2下連續(xù)反應36小時而沒有發(fā)生形貌和組分變化。

研究人員還通過雙極膜(BPM)設計，使用解耦的酸堿不對稱電解質，獨立優(yōu)化了各半電池反應的微環(huán)境和反應動力學。依靠這個技術組合，在3.58 V的低電池電壓下連續(xù)穩(wěn)定運行36小時，NH₃生產率達到了創(chuàng)紀錄的26.27 mg h^?1 cm^?2，F(xiàn)E約為100%；硝酸生產率為68.41 mg h^?1 cm^?2，F(xiàn)E為50.42%。

更重要的是，技術經(jīng)濟分析(TEA)顯示，電催化NO歧化反應可顯著降低NH₃生產成本至544噸/美元，具有可持續(xù)發(fā)展固氮作用的經(jīng)濟可行性。

Electrocatalytic Disproportionation of Nitric Oxide Toward Efficient Nitrogen Fixation. Advanced Energy Materials, 2023. DOI: 10.1002/aenm.20220423