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?北科/天大/理化所Angew：bcc RuGa IMCs助力NO電化學(xué)還原成氨

直接電化學(xué)一氧化氮還原反應(yīng)（NORR）是一種以低功耗將NO轉(zhuǎn)化為NH₃的有吸引力的技術(shù)，其中優(yōu)化活性位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)可以極大提高電催化劑的性能。

基于此，北京科技大學(xué)魯啟鵬教授、天津大學(xué)于一夫教授和中科院理化技術(shù)研究所夏靜博士（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種利用襯底錨定的熱退火方法制備的體心立方RuGa金屬間化合物（bcc RuGa IMC）。

測試發(fā)現(xiàn)，bcc RuGa IMC電催化劑在-0.2 V的極低電勢下表現(xiàn)出320.6 μmol h^-1 mg^-1_Ru的顯著NH₄⁺產(chǎn)率，相應(yīng)的法拉第效率（FE）為72.3%。

DFT計(jì)算研究了NORR的反應(yīng)途徑，表面能最低的bcc RuGa(110)和hcp Ru(001)晶片作為計(jì)算結(jié)構(gòu)模型。計(jì)算得到的bcc RuGa(110)和hcp Ru(001)的態(tài)密度（DOSs）揭示了它們帶隙為零的金屬特征，表明電子很容易地在bcc RuGa(110)和hcp Ru(001)中轉(zhuǎn)移。

bcc RuGa(110)和hcp Ru(001)的反應(yīng)吉布斯自由能圖和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)模型表明，第二步加氫（*HNO→*HNOH）是NORR的PDS。bcc RuGa(110)的PDS能量壘為0.49 eV，比hcp Ru(001)的能量壘為0.88 eV更低，表明bcc RuGa(110)有利于電催化NORR。

*HNO中間體吸附在bcc RuGa(110)和hcp Ru(001)上的電荷密度差圖顯示出相似的電子轉(zhuǎn)移行為。Ru(N)和Ru(O)原子都向相鄰的N和O原子提供電子，導(dǎo)致N-O鍵減弱，有利于后續(xù)的O原子活化進(jìn)行第二次質(zhì)子化。

在第二次質(zhì)子化反應(yīng)中，*HNOH中間產(chǎn)物以頂部吸附形式吸附在hcp Ru(001)上，Ru-O鍵被打破。當(dāng)*HNOH中間體吸附在bcc RuGa(110)上時(shí)，電子仍可以同時(shí)從Ru(O)轉(zhuǎn)移到O原子，Ru(N)轉(zhuǎn)移到N原子。bcc RuGa IMCs在加氫的關(guān)鍵步驟具有較低的能壘，有利于NORR中形成NH₄⁺。

Isolated Electron-Rich Ruthenium Atoms in Intermetallic Compounds for Boosting Electrochemical Nitric Oxide Reduction to Ammonia. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202213351.

https://doi.org/10.1002/anie.202213351.

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