在中性电解质中，利用自维持的动态碱性微环境，MnFeOx催化剂能够高效地将硝酸盐电还原为氨

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Self-Sustaining Dynamic Alkaline Microenvironment-Mediated Efficient Nitrate Electroreduction to Ammonia on MnFeOx in Neutral Electrolyte

硝酸盐电催化还原为氨的中性介质高效催化剂设计及机理研究。通过MnFe双位点氧化物构建自维持碱性微环境，动态捕获OH-形成FeOOH抑制析氢副反应，同时Mn位点稳定高价Fe并持续产OH-，实现95.9%法拉第效率和20小时稳定运行。

　　

摘要

利用可再生电力进行电催化硝酸盐还原（NO₃RR）可以转化废水中的硝酸盐污染物，为可持续氨合成提供了一条有前景的途径。然而，在中性介质中，其效率受到缓慢反应动力学和氢气释放反应（HER）强烈竞争的严重限制。在此，我们提出了一种“自维持碱性局部微环境”策略，该策略通过MnFe双活性位点氧化物实现，该氧化物同时充当结构支架和催化介质。在FeO_x中，非活性的Fe_Oh位点被Mn选择性取代，而活性Fe_Td位点得以保留。一维MnFeO_x中的Fe位点能够激活NO₃^?并动态捕获OH^?生成FeOOH，在电极-电解质界面周围形成局部碱性微环境，有效抑制HER反应。同时，Mn位点稳定高价铁物种，并持续将界面H₂O分解为OH^?和H*，确保碱性微环境的长期稳定。所得的一维MnFeO_x催化剂在中性介质中的NH₃法拉第效率达到95.9%（12.3 mg h^?1 cm^?2），且可稳定运行超过20小时而不发生降解。通过将局部pH值调节从外部干预转变为智能自调节，这项工作为适应性电催化剂设计及调控NO₃RR之外的界面微环境提供了新的见解。

图形摘要

一维MnFeO_x催化剂通过自主维持动态局部碱性微环境，在中性介质中实现高效的硝酸盐到氨的转化。MnFe双活性位点的协同作用增强了NO₃^?的活化并抑制了H₂的释放，从而实现了高法拉第效率的氨合成。这一综合策略为在中性条件下调控碱性微环境、加速NO₃RR和绿色氨合成提供了新的途径。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的支持数据可应合理要求向通讯作者索取。