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38ky开元直营:38ky开元直营郑世胜、李剑锋团队揭示离子-水-界面物种相互作用调控硝酸根还原动力学的微观机制

日期: 2024-10-10

电化学硝酸盐还原反应(NO3RR)为修复硝酸盐污染的废水提供了一种有前景的解决方案,同时促进了氨的可持续生产。鉴于NO3RR在水溶液中进行,界面活性氢,界面水,界面阳离子和反应物种都是影响NO3RR动力学的关键因素,然而它们如何对反应活性产生影响的微观机制仍有待研究。

近日,38ky开元直营郑胜、李剑锋团队对铜上硝酸根还原过程的离子-界面水-反应物种间的相互作用进行了全面细致的机理研究。该研究以The Loss of Interfacial Water-Adsorbate Hydrogen Bond Connectivity Position Surface-Active Hydrogen as a Crucial Intermediate to Enhance Nitrate Reduction Reaction为题,发表在化学材料领域顶级期刊Journal of the American Chemical Society上。

团队利用第一性原理分子动力学方法,对Cu上NO3RR还原过程的微观反应机理进行了详细研究。NO3RR的关键含氧中间体(如*NO3、*NO2和*NO)会与K+阳离子稳定配位,由于空间位阻,这阻碍了它们与氢键网络的结合,导致通过界面水对其进行氢化(ER机理)的能量显著上升;*H可以以较低的能垒界面迁移,并且其与含氧物种的氢化(LH机理)能垒不受阳离子的影响,为氢化过程提供了有力的补充,成为*H促进NO3RR反应动力学的主要因素。该研究为通过调控离子-水-反应物种相互作用以改善铜基催化剂NO3RR活性提供了底层见解。

38ky开元直营郑世胜助理教授为论文第一作者;38ky开元直营李剑锋教授和郑世胜助理教授以及北京大学潘锋教授为共同通讯作者。论文工作得到国家自然科学基金项目22402163,21925404, T2293692, 22021001, 21991151, 22322206,22361132532)的支持。

文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c08256?ref=pdf

(图/文  储能学系)

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