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氨(NH₃)是農業中必不可少的物質，也是作為氫載體的清潔能源的來源。然而，目前生產氨的主要方法是Haber-Bosch工藝，該工藝會導致大量能源消耗和嚴重的環境問題。與氮(N₂) 還原相比，電化學硝酸鹽還原反應(NO₃RR)具有更高的NH₃產率和法拉第效率，有望在常溫常壓下高效生產NH₃。

為了實現高效的NO₃RR，德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華團隊通過對二維(2D)鐵基氰基配位聚合物納米片進行原位電化學還原，成功制備出具有優異NO₃RR性能的Fe-氰基-R NSs。

由于硝酸鹽在Fe⁰和具有豐富活性位點的超親水表面上的強吸附性，二維Fe-氰基-R電催化劑在-0.5 V_RHE時對NH₃顯示出高電催化NO₃RR活性(產率: 42.1 mg h^-1 mg_cat^-1)與法拉第效率(超過90%)。

此外，Fe-氰基-R電催化劑的維互連結構保證了在NO₃RR時的結構穩定性，從而實現了高效穩定的NO₃RR。還有就是，構建了基于氰基NSs雙電極的同時用于NO₃RR和析氧反應(OER)的電解槽，能量效率達到了26.2%。

實驗結果與密度泛函理論(DFT)計算表明，Fe-氰基-R NSs優異的NO₃RR活性可歸因于原位拓撲轉化和鐵氰基電還原為金屬鐵和具有超親水表面的二維多孔納米結構以增強傳質:?

1.通過原位氰配位聚合物的電化學生成，可以改變電催化劑的電子構型和表面性質以優化硝酸鹽吸附能；

2.超親水且富含缺陷的表面提供了增加的ECSA和電解質與集流體之間的接觸，有利于分子吸附；

3.二維納米片結構的互連多孔通道為電解質擴散和電子傳輸提供了快速傳輸途徑。

此外，二維互連結構緩解了電催化過程中納米片重新堆疊的問題，使NO₃RR催化活性穩定且高效。

Porous Two-dimensional Iron-Cyano Nanosheets for High-rate Electrochemical Nitrate Reduction. ACS Nano, 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c08814

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