全文概要
北京化工大学严乙铭与杨志宇团队报道了一种通过调控界面水可及性以控制竞争反应路径的策略，用于提升电催化氮氧化反应（NOR）合成硝酸盐的性能。研究通过在碳布上原位生长的Co₃O₄纳米片表面构建聚四氟乙烯（PTFE）疏水层，有效抑制了水分子向活性位点的扩散，同时增强了氮气的吸附与转化。优化后的Co₃O₄–PTFE/CC催化剂在1.81 V vs RHE条件下，硝酸盐产率达到0.449 µmol·h⁻¹·cm⁻²，法拉第效率为16.42%，显著优于未修饰催化剂。结合分子动力学模拟、原位拉曼光谱与密度泛函理论计算，研究揭示了疏水微环境在抑制析氧反应（OER）、促进氮气活化中的关键作用。
本文要点
界面工程策略：PTFE疏水层有效限制水分子扩散，降低水在活性位点的覆盖度，提升N₂吸附能力，从而抑制OER、促进NOR。
催化性能提升：Co₃O₄–PTFE/CC在0.1 M Na₂SO₄中表现出优异的NOR活性与稳定性，持续运行60小时后性能保持良好。
机理验证：MD模拟显示PTFE使水扩散系数降低32.7%；DFT计算证实低水覆盖条件下*N₂吸附能增强，有利于氮气活化。
实际应用潜力：该微环境调控策略为多相电催化系统中竞争反应路径的控制提供了新思路，适用于其他涉及水分解副反应的催化体系。
文献详情
Jun
Wang, Ruilong Liu, Weikun Ren, et al. Microenvironmental Control of
Competitive Reaction Pathways: Electrocatalytic Nitrate Synthesis via
Managing Interfacial Water Accessibility, ACS Catal. (2025)
DOI: 10.1021/acscatal.5c05408
全文链接
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.5c05408
