《Small》：高熵钙钛矿氧化物纳米管d带中心调控促进硝酸盐电还原

Tailoring the d‑Band Center of High-Entropy Perovskite Oxide Nanotubes for Enhanced Nitrate Electroreduction

Cun Chen^#, Zhen Xu^#, Guangtong Hai*, Wei-Hsiang Huang*, Chih-Wen Pao, Hanjun Li, Kezhu Jiang, Nan Zhang*, Tianxi Liu*

Small 2024, DOI: 10.1002/smll.202407964

工业发展和化肥大量使用导致了水中硝酸盐（NO₃^-）浓度急剧上升，进而引发了环境和健康问题。虽然化学反硝化、离子交换和电渗析等技术被用于去除NO₃^-，但它们苛刻的操作条件及其造成的二次污染限制了其广泛应用。相比之下，电化学硝酸盐还原反应（NO₃RR）制氨（NH₃）因其操作简便、清洁环保等优势而受到广泛关注。然而，NO₃RR是一个8电子转移过程，具有较多的反应中间体，导致较低的NH₃法拉第效率（FE_NH3）和NH₃产率。因此，开发高选择性的电催化剂以实现NO₃^-高效还原为NH₃仍面临挑战。

近期，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组利用静电纺丝法开发了A位全稀土元素的LaNd_0.25Pr_0.25Er_0.25Eu_0.25CuO₄高熵钙钛矿氧化物纳米管（LNPEEC NTs）新材料。LNPEEC NTs在较宽电位范围内表现出较高的FE_NH3和NH₃产率，尤其是在-0.7 V_RHE时FE_NH3几乎达到100%，在-1.0 V_RHE时NH₃产率达到1378 μg h^-1 mg^-1_cat.，远高于Nd₂CuO₄纳米管（NC NTs）。此外，LNPEEC NTs在-0.7 V_RHE和-1.0 V_RHE下循环测试10次后也表现出优异的稳定性。机理研究表明，LNPEEC NTs中A位多组分稀土元素调节了B位Cu的d带中心，降低了决速步骤的反应能垒，从而增强了LNPEEC NTs对NO₃^-的吸附并促进了其NO₃RR的性能。该工作为合理设计高熵钙钛矿氧化物电催化剂提供了新思路。

本论文第一作者为江南大学化工学院硕士研究生陈存和河北工业大学材料科学与工程学院硕士研究生徐振，通讯作者为江南大学刘天西教授、张楠副教授、国家同步辐射研究中心黄伟翔博士和浙江大学衢州研究院海广通副研究员。

论文连接：https://doi.org/10.1002/smll.202407964