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通过锌亚硝酸盐Discover蓄电池实现自供能节能氨电合成，采用双功能Pd-Co（OH）2电催化剂
电化学亚硝酸盐还原反应（NO2RR）已成为可持续氨（NH）的一种有前景的策略3）合成。然而，传统的 NO2RR系统由于动力学过载而存在高能耗和低效率。为应对这一挑战，我们开发了一种创新方法，将镰元素与铧化（OH）耦合2以有效调控NO的活性氢（∗H）动力学2−-到NH3转换率低。受益于镰铀（OH）中热力学上有利的氢溢出2/CF，具有令人印象深刻的高法拉达效率（约96.36%），且NH3生产速率（约44.69毫克小时）−1CM−2）在 −0.2 V 对 RHE 的电压下实现。受到俄亥俄州Pd-Co杰出活动的启发2/CF 表示阳极甲醛氧化反应（FOR），设计的 FOR-NO2RR电解系统展现出显著的能效（10.75千瓦时千克）−1新罕布什尔州3@100 mA cm−2），显著优于传统OER-NO2RR系统（23.1千瓦时千克）−1新罕布什尔州3).此外，锌-NO2-电池供电 FOR-NO2建议采用RR电解系统以实现NH4氯化肥生产与甲醛降解。这项工作确立了可持续电化学系统的新范式，能够同时解决环境修复和以前所未有的能源效率实现增值化学品生产。
图形摘要
氨（NH3）是工业和农业应用中的关键化学品，同时也作为可持续能源系统中潜在的无碳能源载体出现 [[1]， [2]， [3]]。目前，工业规模的NH3合成主要依赖哈伯-博世工艺，通过将氮（N2）和氢（H2）在高能高压条件下。这种传统方法耗能大，并造成严重的环境污染[4,5]。多种氮化合物电化学转化为NH3使用可再生电力为应对这些挑战提供了可持续的替代方案[[6]， [7]， [8]]。然而，NH的选择性和效率3合成过程主要受氮源类型及其活化行为的影响。在广泛采用的含氮物种中，亚硝酸盐（NO2−）已被确定为NH的有利原料3制作。与惰性N≡N三键（941 kJ mol）相比−1）在N中2，NO2−表现出较低的N=O键解离能（204 kJ mol）−1）以及更高的水溶性 [[9]， [10]， [11]]。尽管硝酸盐还原反应（NO3RR）[[12]、[13]、[14]、[15]]，硝酸盐到亚硝酸盐的还原步骤（NO3−-到NO2-）被广泛认为是整个过程中的动力学瓶颈，因其在8电子传递途径中对热力学要求极高。研究亚硝酸盐还原反应（NO2因此，RR对于实现硝酸盐转化的基本机制理解至关重要。此外，NO2−具有高度毒性，且常作为工业和农业废水中的典型污染物出现[16,17]，使其电化学作用为新罕布什尔3具有宝贵且生态的特征。然而，拒绝2RR还经历广泛的质子耦合电子转移（PCET）过程[18,19]，这需要电催化剂不仅能提供有效NO的活性位点2−吸附同时促进界面水解离，以提供足够的反应氢（∗H）进行顺序氢化。钴基氢氧化物已成为有前景的NH候选物3合成因其成本效益高、强韧碱性稳定性以及独特的电子结构 [[20]， [21]， [22]， [23]]。然而，它们的性能仍受到竞争性的氢化反应（HER）的影响。此外，∗H生成的沃尔默步骤在该催化系统中表现出固有的缓慢动力学。因此，仍需加强∗H供应以推进NO2RR性能。
事实上，电催化NO的效率2RR受多种因素影响。除了催化剂本身的限制外，阳极处缓慢的氧气演化反应（OER）常被忽视，这需要较高的热力学势（1.23 V对比RHE）[24,25]，从而显著限制了NO的整体能量转换效率2−-到NH3转换。在阳极处整合低势氧化过程是一种有前景的策略，可以缓解过度的能耗，同时实现污染物去除或增值化学品生产[[26]， [27]， [28]]。在多种阳极替代品中，甲醛氧化反应（FOR）具有快速动力学和极低氧化势（−0.22 V对RHE）[29]的显著优势，可以替代OER，显著降低能源需求。此外，这一成对电化学过程为甲醛解毒提供了一条直接的路径[30,31]。因此，耦合 NO2RR与FOR是生产增值化学品和降解有害污染物、显著降低能源支出的有吸引力的方法，从而建立一条结合经济可行性和环境效益的可持续路径。然而，上述共基催化剂通常对FOR的活性不足。因此，合理设计和开发能够同时介导FOR和NO的双功能电催化系统2RR依然是一个关键挑战。
钯（Pd）作为FOR和NO的高效电催化剂，备受关注2RR [32,33]。镉与钴基材料的集成以构建界面催化剂，预计将提升各组分的本有活性，同时降低镉的使用量和电催化剂的整体成本。然而，能够同时促进FOR和NO的高效双功能电催化系统仍然明显稀缺2RR。在本研究中，我们开发了一种简便的自腐蚀策略，直接工程化镉异界面Co（OH）2使用钴泡沫（CF）作为反应基底的纳米片。引入Pd不仅克服了FOR的内在局限，还显著增强了NO2科罗拉多州（俄亥俄州）的铁路性能2.设计的Pd-Co（俄亥俄）2/CF催化剂对一氧化氮表现出色的电催化性能2RR，法拉达效率高达96.36%，且NH表现卓越3产量为44.69毫克小时−1CM−2在−0.2 V的抗热化电催化剂中，超过了大多数近期报告的NH电催化剂3合成。密度泛函理论（DFT）计算显示，钎的掺入促进水解离，并优化∗氢的吸附/脱附动力学，从而加速氢气从镰态位点溢出到Co（OH）的转移2增强一氧化氮区域2−氢化。此外，PD-Co（俄亥俄）2/CF催化剂表现出更优的FOR活性，在100 mA cm电流密度下，相较于RHE的超低电位为0.408伏−2.集成的FOR-NO2RR流电池电解系统以超低能耗运行，仅需10.75千瓦时千克−1新罕布什尔州3在100毫安厘米时−2，这明显低于传统的OER-NO2RR系统（23.1千瓦时千克）−1新罕布什尔州3）并接近NO的理论能量要求2RR（5.4千瓦时千克）−1新罕布什尔州3).此外，该耦合系统可直接由镉铀（OH）供电2/碳纤维基Zn-NO2-电池，使同时高火线成为可能3合成与甲醛降解。