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電催化還原氮氧化物（NOxRR）是能夠維持氮循環(huán)平衡的方法。但是，如何實(shí)現(xiàn)NOxRR的利用是個(gè)挑戰(zhàn)。這其中的部分原因是NOxRR的反應(yīng)機(jī)理非常復(fù)雜，而且受到實(shí)驗(yàn)條件（pH和電極電勢(shì)）的影響。

有鑒于此，清華大學(xué)李雋教授、南方科技大學(xué)王陽(yáng)剛教授等對(duì)擬酶結(jié)構(gòu)的鐵單原子催化劑（Fe–N₄–C）進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)NOxRR催化反應(yīng)的選擇性來(lái)自一氧化氮還原的第一步。

主要內(nèi)容

（1）

通過(guò)約束分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬與準(zhǔn)平衡近似進(jìn)行結(jié)合，在模擬計(jì)算的過(guò)程中考慮電極電勢(shì)和pH對(duì)反應(yīng)自由能的影響，并對(duì)這種影響提出定量的預(yù)測(cè)。而且，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)在較寬pH勢(shì)窗口的含氮產(chǎn)物和N–N偶聯(lián)產(chǎn)物之間選擇性的系統(tǒng)熱圖（Systematic heat map），該熱圖和NOxRR的實(shí)驗(yàn)觀(guān)察結(jié)果相符。

（2）

這項(xiàng)研究能夠?qū)﹄姶呋缑娴恼鎸?shí)情況進(jìn)行模擬，而且定量的對(duì)界面效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。這項(xiàng)研究的結(jié)果為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)從而將NOx選擇性的還原為目標(biāo)產(chǎn)物提供有價(jià)值的幫助與指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

Sheng?Jie Qian, Hao Cao, Yang?Gang Wang*, and Jun Li*, Controlling the Selectivity of Electrocatalytic NO Reduction through pH and Potential Regulation on Single-Atom Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c00827

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c00827