山大/北科EES：构建Co-B@CoOx Mott-Schottky异质结，促进低NO3−浓度下电催化NO3RR

目前，氨(NH₃)的工业合成严重依赖于能源密集型的Haber-Bosch工艺，该过程会释放大量的CO₂，造成严重的环境污染问题。在环境条件下进行的电催化硝酸盐(NO₃⁻)还原反应(NO₃RR)引起了相当多的关注，这不仅有助于修复地下水中的NO₃⁻，而且还促进了NH₃的可持续生产。Co基材料由于具有良好的NH₃选择性，被认为是很有前途的NO₃RR催化剂。

然而，大多数研究是在相对较高NO₃⁻浓度的情况下对催化剂进行评估，竞争反应(HER)可以被有效抑制。值得注意的是，地下水中NO₃⁻的浓度通常较低(通常低于179.1 ppm)，因此设计合适的Co基电催化剂，在低硝酸盐浓度下实现NO₃⁻-NH₃的快速转化具有很大的前景，但这仍然是一个重大的挑战。

近日，山东大学王安良、张进涛和北京科技大学鲁启鹏等成功开发了一种Mott–Schottky电催化剂，其由嵌入在非晶CoO_x纳米片中的非晶Co-B纳米链组成(Co-B@CoO_x)。

实验结果表明，这种独特的层次结构在低硝酸盐浓度条件下表现出较高的NH₃选择性：在100 ppm NO₃⁻溶液中，Co-B@CoO_x催化剂在−0.90 V_RHE下连续电解40 min后，NO₃⁻降解率高达95%；此外，该材料在−0.85 V_RHE下的NH₃选择性接近100%，在−0.75 V_RHE下的能耗为0.39 kW h mol_NO3−⁻¹，性能超过了纯Co-B、CoO_x和其他最近报道的催化剂。

原位光谱表征和密度泛函理论(DFT)计算表明，独特的Co-B@CoO_x Mott–Schottky异质结形成亲核/亲电区域，不仅加速了NO₃⁻在Co-B位点上形成N中间体，还优化了CoO_x对水吸附行为，实现丰富的*H供给，最终使NO₃⁻快速转换为NH₃。

此外，研究人员以Co-B@CoO_x为阴极，Zn箔为阳极组装了新型Zn-NO₃⁻电池，该电池的功率密度为4.78 mW cm⁻²，NH₃产率高达0.89 mg h⁻¹ cm⁻²，证实了Co-B@CoO_x的实际应用潜力。总的来说，该项研究不仅为开发高NO₃⁻-NH₃转化效率的催化剂提供了一种有效的策略，而且为Zn-NO₃⁻电池的进一步发展铺平了道路。

Mott-Schottky contact synergistically boosts the electroreduction of nitrate to ammonia under low-nitrate concentration. Energy & Environmental Science, 2024. DOI: 10.1039/D4EE00715H