陈煜/艾轩/高健智/冯立纲Angew.：结构工程和相工程促进Rh金属烯亚硝酸盐电转化制氨

研究内容

电催化亚硝酸盐还原反应（NO2RR）为可持续氨（NH3）合成和氮污染物废水降解提供了一种有效的策略。

陕西师范大学陈煜/艾轩/高健智/昆明理工大学冯立纲提出了一种双重工程策略，将纳米片状铑金属烯（Rh-NS）的结构工程和相工程与扭曲的纳米带状铑金属烯纳米结构（Rh-NS/Rh-NR）相结合，促进NO2-到NH3的电转化。Rh-NS/Rh-NR在高还原电位（0.00 V）下对NO2RR表现出令人满意的法拉第效率（FE）为98.7%，NH3收率为44.3 mg mgcat−1 h−1。使用Rh-NS/Rh-NR作为阴极，组装的亚硝酸锌电池具有优异的放电性能（24.2 mW cm−2）和有前景的NH3合成能力（5.96 mg mgcat−1 h−1）。相关工作以“Architecture Engineering and Phase Engineering of Rhodium Metallene Co-Boost Nitrite-to-Ammonia Electroconversion”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

研究要点

要点1. 作者通过一步水热法获得了扭曲的纳米带状Rh金属烯（Rh-NR）纳米结构耦合纳米片状Rh金属炔（Rh-NS）（Rh-NS/Rh-NR）。得益于结构工程带来的高电化学活性表面积和相工程的非晶相提供的丰富活性位点，与Rh-NS和商业Rh纳米晶体（C-RhNC）相比，Rh-NS/Rh-NR对NO2RR表现出增强的电催化性能。

要点2. Rh-NS/Rh-NR在高还原电位（0.00 V）下对NO2RR表现出令人满意的法拉第效率（FE）为98.7%，NH3收率为44.3 mg mgcat−1 h−1。使用Rh-NS/Rh-NR作为阴极，组装的亚硝酸锌电池具有优异的放电性能（24.2 mW cm−2）和有前景的NH3合成能力（5.96 mg mgcat−1 h−1）。

要点3. Rh-NS/Rh-NR具有高密度的不饱和配位位点和较大的比表面积，大大提高了NO2-和关键中间体的吸附能力，降低了从*NO形成*NOH的速率决定步骤的能量势垒。

这项工作不仅指导了金属烯的建筑工程设计，还展示了亚硝酸锌电池在综合能源环境应用中的实际潜力。

研究图文

图1. Rh-NS/Rh-NR花边支撑膜上的a）HAADF-STEM，b）AFM，c）TEM。d）Rh 3d精细XPS，e）Rh-NS/Rh-NR的XRD。f）和g）HRTEM，放大的HRTEM图像以及分别用于Rh-NS和Rh-NR亚基的h）和i）结晶区以及j）和k）非晶区的相应FFT图案（右侧）。

图2.a）在5 mV s−1下，1 M KOH电解质中的CO曲线。b）在5 mV s−1下，1 M KOH电解质中有（实线）和没有（虚线）0.05 M NO2−的LSV。c）Rh-NS/Rh-NR、Rh-NS和C-Rh-NC的塔菲尔图。d）Rh-NS/Rh-NR和Rh-NS在1 M KOH+0.05 M KNO2电解质中在5 mV s-1下的ECSA归一化LSV。e）不同电位下Rh-NS/Rh-NR、Rh-NS和C-Rh-NC的FE和NH3收率。f）本研究与部分已报道催化剂的NO2RR性能比较。g）在0.00 V下对Rh-NS/Rh-NR进行连续循环试验。h）使用15NO2−和14NO2−作为N源进行NO2RR后电解质的1H NMR光谱。

图3. a）不同电位下NO2RR的原位FTIR光谱。b）NO2RR和c）PDS在Rh（111）、2D-Rh（111）和具有缺陷表面的2D-Rh。d）Rh（111）、2D-Rh（111）和有缺陷的2D-Rh的DOS曲线，其中“总”表示所有Rh原子的总态密度，“Rh d”表示Rh原子d轨道的投影态密度。

图4.a）以Rh-NS/Rh-NR为阴极的亚硝酸锌电池示意图。b）OCV，c）亚硝酸锌电池的放电曲线和相应的功率密度。d）亚硝酸锌电池在不同电流密度下放电的多步计时安培曲线。e）在不同电压下放电后的FE和NH3产率。f）本研究与其他报道的亚硝酸锌电池之间的比较。

文献详情

Architecture Engineering and Phase Engineering of Rhodium Metallene Co-Boost Nitrite-to-Ammonia Electroconversion

Zi-Han Yuan, Bin Sun, Wei Zhong, Xuan Ai,* Jian-Zhi Gao,* Li-Gang Feng,* Yu Chen*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202509944

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