电沉积法制备CuNi纳米微球电极及其电催化硝酸盐还原性能

摘要

[目的]针对传统纳米团簇制备方法复杂、能耗高且易团聚的问题，本研究旨在开发一种简便、高效的电极制备方法，通过构筑具有丰富活性位点的双金属纳米团簇结构，提升电催化硝酸盐还原合成氨（eNO₃RR）的活性与选择性。[方法]以酒石酸为表面配体与生长抑制剂，采用一步电沉积法在泡沫镍（NF）基底上原位制备了由Cu Ni双金属纳米团簇自组装而成的电极（NF/Cu Ni-NCs）。通过透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）等对NF/Cu Ni-NCs电极形貌、结构与组成进行表征。通过电化学测试研究了NF/Cu Ni-NCs电极在硝酸盐还原反应中的电催化性能、选择性与稳定性。[结果]电沉积制备的Cu Ni纳米团簇尺寸约为2 nm，并成功组装成200 nm的纳米微球，电极表面呈现非晶/低结晶特征。电化学测试显示，NF/CuNi-NCs电极在-0.65 V（相对于可逆氢电极）下反应2 h，硝酸盐氮转化率、氨氮选择性和氨产率（以N计）分别达到94%、97%和266.70μg/（h·cm²）。12次循环后电极性能保持稳定，氨产率仍为249.42μg/（h·cm²）。机理研究表明，Cu与Ni之间存在电子协同效应，且反应主要遵循*H介导的还原路径，二者协同促进了“硝酸盐→亚硝酸盐→氨”的逐步转化。[结论]本研究采用一步电沉积法成功制备了具有高活性与非晶特征的Cu Ni纳米团簇电极。该电极凭借丰富的活性位点与双金属协同效应，在硝酸盐电催化还原中表现出优异的活性、选择性与稳定性，为低碳氨合成及硝酸盐废水资源化处理提供了新技术思路。

关键词

电催化 / 硝酸盐还原 / 电沉积 / 纳米团簇 / 双金属 / 合成氨