近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室理論催化創新特區研究組研究員肖建平團隊在電催化人工氮循環研究方面取得新進展，揭示了電催化一氧化氮還原反應的電勢依賴性。

(a)-(b) 驗證單層水模型計算電化學能壘的可靠性；(c)-(d) 理論和和實驗法拉第效率對比。

　　氮氧化物（NO_x）是一種常見的環境污染物，傳統的去除NO_x的方式是將其轉化為氮氣直接排放到空氣中，即熱催化脫硝技術。肖建平團隊在前期的工作中提出并實現了一氧化氮（NO）高效電催化還原生成氨氣（Angew. Chem. Int. Ed.，2020），建立了一條新型電催化人工氮循環路徑。在此基礎上，該團隊繼續研究實現NO_x直接電還原得到N₂路線的可能性。實驗研究發現，該路線在各種電勢下都很難實現，因此理解反應產物的電勢依賴性尤為重要。

　　本工作中，團隊利用Ag電極作為模型催化劑，結合第一性原理計算與微觀動力學模擬，首先驗證了電催化能壘計算中采用單層水模型的可靠性；隨后，考慮完整的NO還原反應網絡，計算得到其所有的能量信息；最后建立了微動力學模型。研究發現，計算得到的產物選擇性隨外加電勢的變化趨勢與實驗結果一致：隨著電勢降低，NO-NO的熱化學耦合反應受到抑制而氨氣的選擇性升高；進一步降低電壓，電催化析氫反應（HER）就會占主導作用，這是由于HER的電荷轉移系數越大，受電勢的影響越強。該模型還有助于理解其他電催化還原反應的電勢依賴性，為實現電催化NO_x轉化的選擇性控制提供了理論基礎。

　　相關研究以“Unveiling Potential Dependence in NO Electroreduction to Ammonia”為題，于近日發表在《物理化學快報》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。該工作的第一作者是大連化物所2018級聯合培養博士研究生龍軍。以上工作得到中科院潔凈能源創新研究院合作基金、國家自然科學基金，國家重大研發計劃等項目的支持。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c01691