摘要
氨（NH3）是一种重要的工业原料，广泛应用于工业生产的各个领域。目前人工合成氨的方法主要依赖哈伯-博施（Haber-Bosch）法，然而其高耗能、高排放的工艺特点加剧了能源问题和环境问题。电催化硝酸盐还原反应（eNitRR）可以将环境中的硝酸盐污染物转化为附加值更高的氨，实现“变废为宝”的理念，是一种资源节约，环境友好的合成氨方法。然而复杂的八电子转移过程和析氢反应（HER）的竞争严重限制了其实际应用，因此，开发具有高活性、高选择性、高稳定性的电催化剂是解决问题的关键。本论文以廉价易得的非贵金属钴、铁为研究对象，制备了两种高效的硝酸盐还原合成氨电催化剂，具体研究内容如下： 一、通过简单的化学还原法制备了一种均匀分散的非晶CoBx纳米颗粒。与纯金属Co纳米颗粒相比，非晶CoBx纳米颗粒展现出更为优异的电催化硝酸盐还原合成氨性能，最大产氨速率为0.787±0.028mmolh-1cm-2，最大法拉第效率为94.00±1.67%，优于同期文献报道的大部分非贵金属基催化剂。实验结果表明，B的引入显著提高了CoBx的本征活性，XPS结果证实了从B到Co的局部电子转移，这有助于调节催化剂的电子结构，使Co的d带中心向费米能级移动，优化关键反应中间体的吸附能，加快反应动力学，提高催化剂的产氨活性。 二、通过简单的一步热解柠檬酸铁的方法制备了一种碳层包覆的Fe/FeO纳米颗粒（Fe/FeO@C），与商用Fe纳米颗粒相比，Fe/FeO@C具有更好的电催化硝酸盐还原合成氨性能，最大产氨速率为1.402±0.043mmolh-1mgcat-1，最大法拉第效率为86.86±1.22%，并且具有优异的循环稳定性。物理表征和电化学测试结果表明，石墨碳层的形成增大了催化剂的电化学活性表面积，使其暴露出更多的活性位点，有利于NO3-的吸附，同时增强了催化剂的导电性，而且在反应过程中还可以保护金属颗粒不被腐蚀，提高了催化剂的稳定性。XRD和XPS结果证实了Fe/FeO异质两相之间的晶格畸变和电子转移，这使得相界面处的电子重新排布，有利于优化关键反应中间体（如：*NO2，*NOH）的吸附能，抑制HER的竞争，提高了对氨的选择性。 以上研究工作为开发高效的硝酸盐还原合成氨电催化剂提供了新的思路。
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