全文概要
深圳大学赵斌、骆静利团队开发了一种非铜基双功能电催化剂——碳纳米管负载的Pd纳米簇/Ni₃C多足体（Pdnc-Ni₃C/CNTs），用于高效驱动“甲醛-硝酸盐”串联电化学系统。该催化剂在阴极实现硝酸盐还原反应（NO₃RR），起始电位达+0.27 V vs RHE，氨法拉第效率高达98%；在阳极实现甲醛氧化反应（FOR），起始电位仅为0.04 V，电流密度高达910 mA cm⁻²，远优于已报道的Cu或Ni基催化剂。研究通过差分电化学质谱揭示了甲醛氧化中未被发现的分子间耦合产氢路径。将NO₃RR与FOR耦合构建的“甲醛-硝酸”原电池，开路电压达0.88 V，峰值功率密度为7.43 mW cm⁻²，实现了废水净化、电能输出与高附加值产物（NH₃、H₂、甲酸盐）的协同生产。
本文要点
催化性能卓越：Pdnc-Ni₃C/CNTs在宽电位窗口（0–1.2 V）内兼具高NO₃RR与FOR活性，电流密度创Ni基催化剂纪录。
氢交换能力优化：Pd与Ni₃C间的强相互作用调控了活性氢（H*）的吸附与利用行为，促进NO₃RR氢化动力学与FOR产氢路径。
机理深入揭示：结合原位光谱与DFT计算，明确了NO₃RR路径（NO₃⁻ → NO₂⁻ → NO → NOH → NH₂OH → NH₃）及FOR中1电子路径主导的H₂生成机制。
系统集成应用：构建的串联能源系统实现了污染物转化、电能输出与化学品合成的多功能集成，具备环境与经济效益。
文献详情
Zulakha
Zafar, Bin Zhao, Jing-Li Luo, et al. Modulating Hydrogen Exchange
Capabilities by Heterogenizing Pd Nanoclusters onto Ni₃C Multipods for
Efficiently Driving the “Formaldehyde–Nitrate” Tandem Electrochemical
System, J. Am. Chem. Soc. (2025) DOI: 10.1021/jacs.5c11608
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https://doi.org/10.1021/jacs.5c11608
