合肥工业大学/南方科技大学/华北电力大学Small:1秒焦耳热冲击构筑三金属单原子催化剂,高效硝酸盐还原制氨
通讯作者郑亚荣、吴振禹、陆强、Gao Feiyue通讯单位合肥工业大学、南方科技大学、华北电力大学论文DOI10.1002/smll.745651. 背景氨不仅是化肥和化工生产的关键原料也被视为潜在的无碳能源载体但传统Haber-Bosch工艺依赖高温高压并伴随高能耗和碳排放。与此同时水体中的硝酸盐污染亟需高效治理电化学硝酸盐还原反应NO3RR可在温和条件下将NO3-转化为NH3兼具污染物资源化和绿色制氨价值。然而NO3RR涉及多电子、多质子转移中间体吸附与氢析出竞争复杂单一金属位点往往难以同时兼顾活性、选择性和稳定性因此构筑具备协同调控能力的多金属原子级活性中心成为重要方向。2. 论文概要本文报道了一种非平衡焦耳热冲击策略用于快速构筑FeCoNi三金属单原子催化剂FeCoNi-O-C。研究者先将Fe、Co、Ni前驱体浸渍到高比表面积碳黑上再通过焦耳加热使样品在1 s内升至900 deg;C并经历毫秒级保温和淬冷从而抑制金属迁移团聚同时生成可锚定金属原子的含氧官能团后续酸洗去除不稳定物种获得以M-O6配位为主的原子分散位点。在1 M KOH和100 mM KNO3体系中FeCoNi-O-C在-0.7 V下实现99.4%的法拉第效率和650 µmol h-1 cm-2的NH3产率并在-0.5至-0.8 V范围保持接近100%的选择性。原位ATR-FTIR、原位Raman、在线DEMS与DFT计算表明多金属中心可稳定*NO并促进其氢化降低*NO到*NOH限速步骤能垒进一步组装Zn-NO3-电池后器件实现硝酸盐转化、产氨和发电耦合峰值功率密度达到46.38 mW cm-2并可稳定运行超过110 h。3. 图文解读图1 FeCoNi-O-C的制备与结构表征图1展示了FeCoNi-O-C的合成路线和形貌结构Fe、Co、Ni前驱体经浸渍负载于碳黑后通过焦耳热冲击和酸洗得到目标催化剂。TEM和HAADF-STEM未观察到金属纳米颗粒原子级亮点及强度分析支持金属以相邻单原子位点存在STEM-EDS显示Fe、Co、Ni、O、C均匀分布XRD中未见明显金属或氧化物晶相峰说明超快热过程有利于获得原子分散的多金属活性中心。图2 FeCoNi-O-C的电子结构与局域配位图2通过XPS、XAS、XANES和EXAFS解析催化剂的化学环境。O 1s与O K-edge信号表明样品含有CO、C-O以及O2p-M3d杂化特征C K-edge中C-O-M相关峰进一步证明金属-氧-碳连接Fe、Co、Ni K-edge谱及EXAFS均指向以M-O配位为主、缺少明显M-M配位的局域结构说明三种金属均以原子级分散形式锚定在含氧碳基位点上。图3 FeCoNi-O-C的电催化硝酸盐还原性能图3集中呈现NO3RR性能加入NO3-后电流显著增强FeCoNi-O-C在-0.7 V下取得99.4% NH3法拉第效率和650 µmol h-1 cm-2产率并在较宽电位窗口维持高选择性。与单金属和双金属单原子催化剂相比三金属位点表现出更优活性1H NMR和显色法验证产物为NH3同位素标记排除了外源氮干扰多轮循环结果说明催化剂具有良好操作稳定性。图4 NO3RR反应机制与理论计算图4从原位光谱、在线质谱和DFT计算揭示催化机理。ATR-FTIR与Raman捕捉到NO3-吸附、*NO2、*NO、*NOH等关键中间体信号DEMS进一步跟踪反应相关气体物种变化理论模型显示FeCoNi-O-C可调节电荷分布并稳定*NO中间体其*NO到*NOH步骤能垒为0.97 eV低于Ni-O-C的1.29 eV和FeNi-O-C的1.47 eV解释了三金属协同位点带来的高产氨活性。图5 FeCoNi-O-C在Zn-NO3-电池中的应用图5将催化剂拓展到Zn-NO3-电池场景以FeCoNi-O-C负载泡沫镍为阴极、锌箔为阳极器件开路电压稳定在1.67 V峰值功率密度达到46.38 mW cm-2。该电池在2-40 mA cm-2电流密度范围内表现出倍率能力并在10 mA cm-2下稳定充放电超过110 h说明该三金属单原子催化剂不仅适用于半反应评价也具备向耦合产氨与能量输出器件拓展的潜力。4. 总结展望这项工作以非平衡焦耳热冲击为合成入口将Fe、Co、Ni三种金属快速锚定为原子级协同位点并在硝酸盐还原制氨中实现高选择性、高产率和器件级验证说明超快热过程可为多金属单原子催化剂提供一种高效构筑路径。面向后续发展仍需进一步考察真实含硝废水体系中的抗干扰能力、长周期大电流稳定性、催化剂批量制备一致性以及电池结构放大后的传质与能效问题若这些环节得到解决焦耳热冲击合成与电催化硝酸盐资源化有望形成更具应用前景的技术组合。文献信息Fe‐Co‐Ni Ternary Single‐Atom Catalysts for Efficient Electrochemical Nitrate Reduction. Jia‐Le Zhang;Xiong Zhang;Tang Wang;Yang‐Wen Wu;Sheng Cheng;Xiandi Sun;Fei‐Yue Gao;Wang Zhang;Xiaoning Li;Xinwei Guan;Chongyan Hao;Chuan‐Ling Zhang;Jian‐Bo He;Qiang Lu;Zhen‐Yu Wu;Ya‐Rong ZhengISSN: 1613-6810 , 1613-6829; DOI: 10.1002/smll.74565Small : nano micro. , 2026.

相关新闻

NCRF++神经序列标注工具完整指南:5步快速上手命名实体识别与词性标注

NCRF++神经序列标注工具完整指南:5步快速上手命名实体识别与词性标注

NCRF神经序列标注工具完整指南:5步快速上手命名实体识别与词性标注 【免费下载链接】NCRFpp NCRF, a Neural Sequence Labeling Toolkit. Easy use to any sequence labeling tasks (e.g. NER, POS, Segmentation). It includes character LSTM/CNN, word LSTM/CNN …

2026/8/25 12:52:38 阅读更多 →
如何轻松管理本地视频库?Video Hub App 3完整指南

如何轻松管理本地视频库?Video Hub App 3完整指南

如何轻松管理本地视频库?Video Hub App 3完整指南 【免费下载链接】Video-Hub-App Official repository for Video Hub App 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/vi/Video-Hub-App 你是否曾在电脑里堆积了成百上千个视频文件,却总是找不到想…

2026/8/21 10:47:44 阅读更多 →
Minmea:嵌入式开发者的终极GPS解析解决方案

Minmea:嵌入式开发者的终极GPS解析解决方案

Minmea:嵌入式开发者的终极GPS解析解决方案 【免费下载链接】minmea a lightweight GPS NMEA 0183 parser library in pure C 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/mi/minmea 你是否在为嵌入式项目寻找一个轻量级、高效的GPS数据解析库?Min…

2026/8/24 22:51:00 阅读更多 →

最新新闻

可信数据空间——2026城市可信数据空间实施路径报告【附全文阅读】

可信数据空间——2026城市可信数据空间实施路径报告【附全文阅读】

本报告由可信数据空间发展联盟联合多家头部机构编制,紧扣国家数据要素相关政策,搭建 “三阶段九大任务” 完整实施框架。系统梳理规划、建设、运营全流程落地路径,详解技术架构、数据融合、规则体系、商业模式与跨域互通方案,并汇集全国多地标杆案例,覆盖金融、医疗、交通…

2026/8/25 12:53:14 阅读更多 →
MIG 硬件分片隔离寄存器调度逻辑(Hopper 专属,RTX 无 MIG)

MIG 硬件分片隔离寄存器调度逻辑(Hopper 专属,RTX 无 MIG)

前言H200 MIG 可将单卡切分为多个独立硬件分片,每分片独享 SM、L2、HBM 通道、NVLink 通道,隔离依靠 GPU 底层硬件寄存器组实现,无软件可绕过的隔离后门;MPS 是软权重调度,MIG 是硬件寄存器硬隔离,两套机制…

2026/8/25 12:53:14 阅读更多 →
系列引言:从电厂机器狗项目出发,我们准备怎样讲机器人巡检仿真

系列引言:从电厂机器狗项目出发,我们准备怎样讲机器人巡检仿真

系列:机器人巡检仿真——从方法到可验收实现(00/10) 上一篇:无 下一篇:机器人仿真的第一原则:先决定你要证明什么 定位:以真实电厂机器狗巡检项目为贯穿案例,提炼可迁移的机器人巡检…

2026/8/25 12:53:14 阅读更多 →
Perplexity只能导出了一部分Word文档,很少的一部分,不是我这个窗口所有的对话内容?

Perplexity只能导出了一部分Word文档,很少的一部分,不是我这个窗口所有的对话内容?

Perplexity只能导出了一部分Word文档,很少的一部分,不是我这个窗口所有的对话内容? 这个问题,比你想象中更接近一场格式协议的“翻译事故”。 你可能已经体验过那种感觉:花了一个下午在 Perplexity 上和模型深度探讨某…

2026/8/25 12:53:14 阅读更多 →
第14章 工程化 Vibe Coding:在同一项目上重新实验

第14章 工程化 Vibe Coding:在同一项目上重新实验

工程化组不会获得更聪明的 AI,也不会获得更多业务答案。它只比 Wild 组多一条可检查的工程轨道:先读事实,再分析影响,再小步实现,再用证据证明完成。 14.1 本章做什么,不做什么 第13章记录 Wild 组怎样从 T0 走到 T6。本章在同一 Codex、同一 Reference Stack、同一需求…

2026/8/25 12:53:14 阅读更多 →
Travel 项目总结:从旅行规划到可治理 AI Agent 的工程化实践

Travel 项目总结:从旅行规划到可治理 AI Agent 的工程化实践

Travel 项目总结:从旅行规划到可治理 AI Agent 的工程化实践 开场:Travel 解决的不是“生成一份攻略” Travel 是一个面向旅行规划与执行协同的全栈项目。它覆盖了身份、账单、行程、地点、出行执行、协作、媒体、社区、知识库和管理后台等业务边界&…

2026/8/25 12:52:13 阅读更多 →

日新闻

洛谷 P7912:[CSP-J 2021 T4] 小熊的果篮 ← 双向链表

洛谷 P7912:[CSP-J 2021 T4] 小熊的果篮 ← 双向链表

【题目来源】 https://www.luogu.com.cn/problem/P7912 【题目描述】 小熊的水果店里摆放着一排 n 个水果。每个水果只可能是苹果或桔子,从左到右依次用正整数 1,2,…,n 编号。连续排在一起的同一种水果称为一个“块”。小熊要把这一排水果挑到若干个果篮里&#x…

2026/8/25 0:00:34 阅读更多 →
Transformers.js 网页端图像抠图实战:零后端 3 行代码返回透明 PNG

Transformers.js 网页端图像抠图实战:零后端 3 行代码返回透明 PNG

Transformers.js 网页端图像抠图实战:零后端 3 行代码返回透明 PNG 【免费下载链接】transformers.js State-of-the-art Machine Learning for the web. Run 🤗 Transformers directly in your browser, with no need for a server! 项目地址: https:/…

2026/8/25 0:00:34 阅读更多 →
数学建模竞赛论文写作指南:从模型构建到学术表达的核心技能

数学建模竞赛论文写作指南:从模型构建到学术表达的核心技能

1. 项目概述:从“会做”到“会写”的竞赛核心跃迁“全国大学生数学建模竞赛”,这个名字对理工科学生来说,分量极重。每年,无数团队在三天三夜的时间里,为一个开放性问题绞尽脑汁,从建立模型、求解算法到编程…

2026/8/25 0:00:34 阅读更多 →

周新闻

[光学原理与应用-521]:对光的错误理解与纠偏

[光学原理与应用-521]:对光的错误理解与纠偏

首先光是一种能量的载体和形态,宏观上观察到的光是由无数个微观的光量子组成的,每个光子在产生的瞬间,其在真空的空间中以确定不变的速度沿着一个初始的方向一直向前,在微观层面,每个光量子的运动轨迹是以波函数所展现…

2026/8/25 3:38:12 阅读更多 →
SIP通话转接原理与REFER方法实战解析

SIP通话转接原理与REFER方法实战解析

1. 通话转接不是“挂断再拨号”,而是SIP会话的动态重定向你有没有遇到过这样的场景:客服坐席A正在和客户通电话,突然需要把这通对话无缝转给专家坐席B,客户完全感知不到中间的断连——既没听到忙音,也没被要求重新拨号…

2026/8/25 3:38:18 阅读更多 →
Kolla-ansible单节点OpenStack部署实战:从环境准备到排坑指南

Kolla-ansible单节点OpenStack部署实战:从环境准备到排坑指南

1. 为什么选择Kolla-ansible来部署单节点OpenStack?如果你正在寻找一种能把OpenStack从“概念”快速变成“可用的实验环境”的方法,那么Kolla-ansible几乎是当前最主流、最省心的选择。我见过太多人卡在手动编译依赖、配置服务、处理版本冲突的泥潭里&am…

2026/8/25 3:38:23 阅读更多 →

月新闻

免费解锁百度网盘SVIP加速:macOS用户必备的下载提速终极指南

免费解锁百度网盘SVIP加速:macOS用户必备的下载提速终极指南

免费解锁百度网盘SVIP加速:macOS用户必备的下载提速终极指南 【免费下载链接】BaiduNetdiskPlugin-macOS For macOS.百度网盘 破解SVIP、下载速度限制~ 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ba/BaiduNetdiskPlugin-macOS 还在为百度网盘macOS版的龟速下…

2026/8/24 20:22:44 阅读更多 →
终极ncmdump指南:3分钟实现网易云NCM音乐解密与格式转换

终极ncmdump指南:3分钟实现网易云NCM音乐解密与格式转换

终极ncmdump指南:3分钟实现网易云NCM音乐解密与格式转换 【免费下载链接】ncmdump 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ncmd/ncmdump 还在为网易云音乐下载的NCM格式文件无法在其他播放器播放而烦恼吗?ncmdump解密工具帮你轻松解决这个困…

2026/8/25 10:31:12 阅读更多 →
HarmonyOS 应用开发《掌上英语》第81篇: 智能体卡片:为英语学习 App 打造桌面级学习助手

HarmonyOS 应用开发《掌上英语》第81篇: 智能体卡片:为英语学习 App 打造桌面级学习助手

AgentCard 智能体卡片:为英语学习 App 打造桌面级学习助手适用平台:HarmonyOS 7.0 (API 26 Beta)一、引言 HarmonyOS 7.0(API 26 Beta)新增了 AgentCard 智能体卡片能力,这是继 HMAF(鸿蒙智能体框架&#x…

2026/8/24 11:20:22 阅读更多 →