主要观点总结
本文介绍了一种新型电催化剂G-RuCo，用于低浓度硝酸盐中的电催化硝酸盐还原制氨反应。该催化剂具有高活性、高稳定性和宽电位范围等优点，可在工业电流密度下实现高NH3法拉第效率。通过梯度浓度结构驱动设计，减少了贵金属Ru的掺杂，保证了主体的Co晶体结构。此外，结合实验和理论计算揭示了其反应机制和稳定性机制。该工作为废水中利用及高效转化硝酸盐为氨的新型电催化剂的设计提供了一种思路。
关键观点总结
关键观点1: 研究背景
传统氨合成依赖于高能耗的哈伯-博施过程，而利用可再生电力进行NO3-电还原合成NH3被视为一种有前景的替代方案。由于现实中硝酸盐源的浓度通常较低，开发低浓度硝酸盐下用于硝酸盐电还原制氨（NRA）的高效电催化剂至关重要。
关键观点2: 研究亮点
1. 利用Co(OH)2纳米片的优点，通过Ru阳离子交换法构建了G-RuCo梯度结构电催化剂，实现了高效硝酸盐电还原制氨。2. 通过多种表征手段证实了梯度结构设计，并在低浓度NO3-中实现了超过工业级NH3电流密度和高NH3法拉第效率。3. 结合实验和理论计算揭示了G-RuCo催化剂的NRA反应机制和稳定性机制。
关键观点3: 研究方法
通过逐步减少从表面到内部的Ru浓度，制备了G-RuCo催化剂，并使用了多种表征手段来研究催化剂的晶体结构、形态和元素分布。通过电化学测试和理论计算来研究催化剂的性能和反应机制。
关键观点4: 实验结果
G-RuCo催化剂在宽电位范围内表现出高NH3法拉第效率，在典型工业废水中的低浓度NO3-下实现了高催化活性，并保持了长时间的稳定性。此外，该催化剂在实际工业应用中也表现出了潜力。
关键观点5: 研究展望
该研究为设计用于硝酸盐电还原制氨的高效电催化剂提供了新的思路。通过将废水处理和低碳能源发展相结合，该研究工作为实现清洁生产、减少碳排放和提高废物资源利用率带来了新的可能性。
文章预览
▲第一作者：陈昕鸿 通讯作者：何思斯教授、周佳副教授 通讯单位：哈尔滨工业大学（深圳）理学院 论文DOI：10.1038/s41467-024-50670-w （点击文末「阅读原文」，直达链接） 全文速览 在低浓度硝酸盐废水中，电催化硝酸盐还原制氨反应不仅可以实现环境污染治理与减少碳排量，同时也是一种具有前景的合成氨的绿色低碳技术。 研究团队提出了一种梯度浓度结构驱动设计来加速低浓度硝酸盐中硝酸盐电还原制氨反应的策略，并测试出梯度结构的 NRA 电催化剂在 2000 ppm NO 3 - 电解质中，可以实现 1.0 A/cm 2 工业级 NH 3 电流密度时， NH 3 法拉第效率超过 93% ，同时在 −300 mA/cm 2 下保持 720 小时的良好稳定性。结合电化学测试和理论计算进一步证实了这种梯度结构设计是通过梯度 Ru 掺杂促进 Co 活性位点的循环利用机制并抑制 Co 活性位点的演变，从而实
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