電催化NO3–還原制NH3是一個復雜的八電子九質子轉移過程，其反應途徑和中間體種類繁多，迫切需要具有優良活性、選擇性和穩定性的電催化劑。Cu基電催化劑在NO3–還原反應中起主導作用。
然而，Cu上水分解活性不足，導致缺乏活性氫和阻礙NO3–轉化。具有協同效應的合金活性中心能夠同時達到NO3–吸附和高效加氫的雙重目的，有利于NO3–還原過程中的多步脫氧和加氫。得益于Au與Cu之間明顯不同的電負性和晶格畸變，雙金屬界面上的電子轉移和能量重分布可以適當地與NO3–及其他后續中間體相互作用。
值得注意的是，在合成過程中，基于Cu的欠電位沉積可以形成樹枝狀結構，提供豐富的活性位點，擴大的比表面和暴露的高折射率面。然而，由于AuCl4–和Cu2+之間氧化還原電位的差異，液相還原法限制了相應AuCu枝晶中的Cu含量，阻礙了合金化程度。因此，為了進一步提高AuCu合金的電催化性能，在保持有利的枝晶結構的同時，促進Cu的還原過程是十分必要的。
近日，清華大學徐建鴻、陳卓、華東理工大學楊強和廈門理工學院劉英喆等開發了一種新型的兩級微流體平臺，用于可控制制造AuCu納米枝晶(ND)。具體而言，通過對溫和和強還原條件的策略性解耦，實現了受限微通道內枝晶結構和表面合金化的順序形成。在整個合成過程中使用了水相，從而消除了對揮發性有機試劑的需要，確保了安全性和環境友好性。
實驗結果表明，該方法所獲得的AuCu NDs具有較高的Cu含量，最高可達35.34 At%，突破了傳統液相還原法的局限性。得益于樹枝狀結構和雙金屬位點結構，在NO3–還原過程中可以獲得強大的性能。此外，還建立了確定的活性-結構關系，確定了最佳組成。
在此基礎上，最佳的Au3Cu1上NH3生產速率高達16.80 mg h-1 cm-2，法拉第效率為93.30%。通過提高傳質效率，流動電池中的NH3產量可以增加一倍左右，在-0.7 V時達到最大值(21.93 mg h-1 cm-2)。
此外，AuCu NDs在至少12小時電解過程中表現出顯著的穩定性，性能沒有下降。密度泛函理論(DFT)計算進一步闡明了性能提高的機理：表面的Au3Cu1雙金屬位點顯著降低了速率控制步驟的能量障礙(0.28 eV，RDS：*NO→*HNO)，促進了NO3–還原動力學。與金屬Au或Cu相比，在Au3Cu1合金中心可以進行更有利的反應途徑，過多的Cu沉積對反應有不利影響。
綜上，該項工作介紹了一種通過先進的微流控技術合成具有樹突結構的合金電催化劑的創新方法，還深入探討了提高NO3–還原性能的機理，為高性能電催化劑的可控設計和制備提供了指導。
AuCu nanodendrite for enhancing electrocatalytic nitrate reduction applications via two-stage microfluidic fabrication strategy. ACS Catalysis, 2025. DOI: 10.1021/acscatal.4c06559
原創文章，作者：zhan1，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2025/02/17/c8725602f7/
