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支春義Angew:金屬有機聚合物分子工程促進硝酸鹽電還原制NH3和鋅-硝酸鹽電池

支春義Angew:金屬有機聚合物分子工程促進硝酸鹽電還原制NH3和鋅-硝酸鹽電池
MOF的結構明確,并且功能可調控,是具有前景的單一位點催化劑用于電催化還原NO3制備高附加值NH3
支春義Angew:金屬有機聚合物分子工程促進硝酸鹽電還原制NH3和鋅-硝酸鹽電池
在此,香港城市大學支春義團隊提出一種分子工程增強NO3電催化還原制備NH3的方法,這種分子工程通過向MOF引入羰基官能團的方式精確調控金屬位點的電子結構。具體而言,因為羰基官能團具有拉電子作用,金屬催化位點的電子結構轉變為缺電子狀態,促進NO3吸附和加氫轉化為NH3。相比于CuBTA的NO3轉化為NH3的催化活性非常低,CuTABQ的NO3轉化反應NH3法拉第效率達到97.7 %。
支春義Angew:金屬有機聚合物分子工程促進硝酸鹽電還原制NH3和鋅-硝酸鹽電池
圖1. 理論計算
總之,該項工作提出的分子工程策略具有普適性優勢,比如Co或者Ni等金屬位點MOF的電催化轉化反應都表現改善的NO3轉化為NH3催化活性。基于CuTABQ構筑Zn-NO3電池的功率密度達到12.3 mW cm-2。因此該項工作展示了在分子尺度進行理性設計金屬催化劑,能夠改善NO3還原制備NH3的性能。
支春義Angew:金屬有機聚合物分子工程促進硝酸鹽電還原制NH3和鋅-硝酸鹽電池
圖2. 電化學性能
Molecular Engineering of a Metal-Organic Polymer for Enhanced Electrochemical Nitrate-to-Ammonia Conversion and Zinc Nitrate Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202309930

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