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电催化NO还原合成NH3（NORR）是一种具备广阔应用前景的电化学工艺，可同时实现NO废气处理和高效合成NH3。然而，NORR过程受限于复杂的5电子转移及竞争性的析氢反应（HER），因此迫切需要制备高效的催化剂来提高NORR反应的效率。目前，NORR催化剂的研究多集中于d区过渡金属上，其未充满的价层d轨道可以有效吸附并活化NO分子。然而，过渡金属的d轨道同时也有利于结合质子，从而促进竞争性的HER，不利于NORR选择性。与之相比，主族p区金属（如Sb、Bi、In等）由于较弱的质子结合能力，可以有效避免这一问题。单原子策略可以最大化p区金属的催化性能，因为单原子催化剂（SACs）具有极高的原子利用率。虽然p区金属SACs尚未应用于NORR，但在其他重要的电催化反应中，p区金属SACs表现出卓越的催化性能。此外，非晶材料表面具有丰富的表面缺陷，提供了大量的单原子锚定位点，是理想的单原子催化剂负载基底。因此，非晶负载p区单原子催化剂预计将展现出极高的NORR催化活性和选择性。近日，天津大学李新刚教授与兰州交大褚克教授合作在《ACS Energy Letters》上发表了题为“p-Block Antimony Single-Atom Catalysts for Nitric Oxide Electroreduction to Ammonia”的研究文章。该工作设计并制备了非晶负载Sb单原子催化剂（Sb1/a-MoO3）用于NORR反应，最高的NH3产率为273.5 μmol h-1 cm-2，并且在-0.6 V电位下达到91.7%的NH3法拉第转化效率。原位电化学表征和理论计算表明，Sb1/a-MoO3优越的NORR性能源于孤立的Sb单原子位点，它可以优化*NO/*NHO的吸附，以降低反应能垒，同时Sb单原子位点对NO的亲和力高于H2O/H，可以有效抑制HER。此外，这种催化剂设计策略可以扩展到其他主族单原子（如Bi）中，所制备的Bi1/a-MoO3也显示出较高的NORR催化性能。这项工作证明了p区金属单原子催化剂在高性能NORR电催化方面的巨大潜力。▲图4. 电化学原位光谱分析Sb1/a-MoO3的NORR反应路径▲图5. Sb1/a-MoO3的NORR性能的DFT/MD理论计算K. Chen, Y. Zhang, J. Xiang, X. Zhao, X. Li*, K. Chu*, p-Block Antimony Single-Atom Catalysts for Nitric Oxide Electroreduction to Ammonia, ACS Energy Letters, 2023, 8, 1281-1288.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c02882更多科研作图、软件使用、表征分析、SCI 写作、名师介绍等干货知识请进入后台自主查询。