原子层沉积铜修饰MXene在电催化硝酸盐还原制氨及锌-硝酸盐电池中的应用

摘要

氨（NH₃）作为重要的化工原料，工业上主要采用高能耗、高碳排放的哈伯-博施法进行生产.硝酸盐是一种广泛存在的水体污染物，电催化硝酸盐还原制氨不仅可以降低氨生产过程中的碳排放，还可以实现含氮废水的资源化利用.为优化电催化硝酸盐还原制氨工艺，采用原子层沉积（atomic layer deposition, ALD）技术，在单层MXene片上沉积不同厚度的铜（Cu）层，制备Cu-MXene催化剂.结果表明，Cu-MXene催化剂展现出卓越的催化性能，催化体系中氨的产率高达11.1 mol·g_cat.^-1·h^-1,法拉第效率达91.5%.进一步将其应用于锌-硝酸盐（Zn-NO^-₃）电池组装，开路电压达1.73 V,峰值功率密度达5.5 mW·cm^-2.在2 mA·cm^-2的电流密度下，该锌-硝酸盐电池实现了78 h的稳定循环运行.

关键词

原子层沉积 / 单层MXene / 镀铜 / 硝酸盐还原 / 锌-硝酸盐电池

基金资助

国家自然科学基金青年科学基金项目(51902077)