TiOx上Cu1?Ti对的双向电子传递实现高效的一氧化氮电还原

《Nature Communications》：Bidirectional electron donation in Cu1?Ti pairs on TiOx for efficient nitric oxide electroreduction

　　

摘要

电催化一氧化氮还原反应能够有效去除一氧化氮，同时生成有价值的氨气。然而，由于一氧化氮的强极性，以及传统NORR催化剂采用的单点相互作用模式——即一氧化氮中的氮原子或氧原子通过单向电子转移与催化剂结合——使得一氧化氮难以在这类催化剂上被有效活化。在本研究中，我们利用钛对氮原子和铜对氧原子的不同亲和力，在二氧化钛基底上构建了双原子Cu₁?Ti结构，从而同时激活一氧化氮N=O键的两端。所设计的Cu₁?Ti结构展现出优异的NORR性能，氨气产率为189.9 μmol h^?1 cm^?2，法拉第效率达93.7%。原位检测技术和理论计算表明，这种双原子结构使反应机制从同核双原子结构所呈现的端基吸附模式转变为完全活化的侧基吸附模式。本研究强调了针对极性分子进行适应性活性位点设计的重要性，为开发用于复杂转化反应的下一代催化剂提供了思路。