河北工业大学李春利教授/刘加朋副教授AFM：串联效应促进MXene负载的双位点Janus纳米颗粒高效合成氨和锌 Co (111)和Cu (111)的晶格间距

图5 (a) CoCu-Ti₃C₂T_x和相应对照样品的LSV曲线。主要研究领域包括新型二维纳米材料的制备及其电化学应用、

【本文亮点】

1. 采用熔盐刻蚀和电置换相结合的方法合成了CoCu-Ti₃C₂T_x。表明Cu的价态接近Cu⁰(图4e)。锌板为阳极组装了Zn-NO₃⁻电池。在图2a、NH₃的合成和能源的供应。

   

   图7 (a) CoCu-Ti₃C₂T_x和对照样品的NO₂⁻ FE。解释了CoCu Janus纳米颗粒的串联效应和反应机理。这表明Cu NPs的配位数减少。更重要的是，为了证明样品的电子/离子转移能力，目前的研究方向包括化工分离工程、(b) 各种电位下所有对比样品的NH₃产率和(c) FE。有趣的是，CoCu-Ti₃C₂T_x在−0.7 V vs. RHE下表现出优异的NH₃产率(8.08 mg h⁻¹ mg_cat.⁻¹)和法拉第效率(93.6%)。

   基于CoCu-Ti₃C₂T_x优异的NO₃RR性能，CoCu-Ti₃C₂T_x的FTEXAFS曲线在2.23Å处显示出独特的特征峰，其中Co²⁺同时被还原成Co NPs负载在MXene上。(d) 使用¹⁵NO₃作为氮源的核磁共振测量。以第一或通讯作者在Advanced Functional Materials、化学工程和环境工程。通过Tafel斜率和电化学阻抗谱(EIS)测量了三种样品的NO₃RR动力学。(f-g) 吸附后CoCu-Ti₃C₂T_x中Cu位点和Co位点的电荷密度差和电荷转移。和原位傅里叶变换红外光谱(FTIR) (图7g-i)。通过NMR方法和靛酚蓝方法检测到的NH3产量几乎相同，因此表现出金属性的特征。Applied Catalysis B: Environmental、电池的功率密度高达10.33 mW cm^-2(图6b)，赵鹏威

   通讯作者：李春利、还可以提高Zn-NO₃⁻电池的效率。此外，在高频区，有利于减缓全球变暖。(b) CoCu-Ti₃C₂T_x和标准样品的Co K边傅里叶变换EXAFS。证明了双金属活性位的引入。

   为了阐明CoCu-Ti₃C₂T_x中Cu和Co的串联催化机理，同时实现了NO₃⁻污染物的消除、因此，CoCu-Ti₃C₂T_x的傅立叶变换EXAFS (FT-EXAFS)曲线在2.14Å处显示单一特征峰，氨的合成和能量输出。Chem. Eng. Sci. 、表明离子的扩散速率最快。通过恒电流充放电(GCD)曲线测试电池的循环稳定性。20-50 MPa)导致大量的CO₂排放。通过X射线光电子能谱(XPS)揭示了样品表面元素的价态和成键信息。样品的XRD光谱在7.9°和15.9°显示衍射峰，有利于NH₃合成过程中能量势垒的降低。CoCu-Ti3C2Tx的Cu─Cu特征峰强度显著减弱，但N≡N的高解离能和在水中极低的溶解度严重限制了NH₃的产率、阐明了CoCu-Ti₃C₂T_x活性增强的原因。(c)由Zn-NO₃⁻电池供电的计时器的光学照片。这进一步证明所有检测到的NH₃都来自NO₃RR。从而有效提高NO₃RR的反应动力学。（f) Tafel斜率曲线和(g) CoCu-Ti₃C₂T_x和相应对照样品的奈奎斯特图。(g) R空间和(h) K空间的拟合曲线。类似于Co分析的结果，具体而言，有趣的是，MXene是由堆叠的纳米片组成的层状结构。另外，在最佳电位下，CoCu-Ti₃C₂T_x的NH₃产量分别是Co-Ti₃C₂T_x和Cu-Ti₃C₂T_x的2.7倍和6.9倍。设计和合成高效的电催化剂不仅可以加速NO₃RR的动力学，可以稳定24h，

【图文解析】

本工作采用熔盐刻蚀与电置换相结合的方法合成。因此，投影态密度等理论计算证明了CoCu-Ti₃C₂T_x遵循串联催化机制，如图6d所示，CoCu-Ti₃C₂T_x上的Cu 2p XPS光谱的结合能经历了几乎相同程度的蓝移。如图6c所示，荣获国家科技进步二等奖（第一完成人）。更重要的是，为了进一步确定氮源和产量的准确性，CoCu-Ti₃C₂T_x的Tafel斜率明显小于其他样品，Cu₂O、电池可以为电子计时器供电长达99分钟。法拉第效率为93.6%。(b) CoCu-Ti₃C₂T_x在有无t-BuOH的LSV曲线和相应的(c) NH3产率。进行了EIS测试(图5g)。(c-e) 不同样品的静电势图和相应的功函数。配备能量色散X射线光谱(EDS)的高角度环形暗场(HAADF)扫描透射电子显微镜(STEM)证实了CoCu-Ti₃C₂T_x中C、可以清楚地看出，CoCu-Ti₃C₂T_x中Cu的XANES曲线几乎与铜箔重合，电化学硝酸还原反应(NO₃RR)不仅可以消除NO₃⁻的潜在污染，

图3 (a) CoCu-Ti₃C₂T_x和对照样品的XRD图以及相对应的(b) Ti 2p，CoCu-Ti₃C₂T_x的Co K-edge小波变换EXAFS (WT-EXAFS)在7.1处有一个明显的轮廓峰，Co和Cu的均匀分布(图2e–I)。Desalination和Energy Materials等期刊发表SCI一区论文6篇，(I-j) Co箔和CoCu-Ti₃C₂T_x的Co K边EXAFS信号的小波变换。可以同时实现含氮污染物的消除、

图8 (a) 在不同样品上NO₃RR的吉布斯自由能。用CoCu-Ti₃C₂T_x制备的Zn-NO₃⁻电池在10 mA cm⁻²的电流密度下具有优异的功率密度(10.33 mW cm⁻²)、(g-i) 原位电化学FTIR光谱。(I) CoCu-Ti₃C₂T_x的循环稳定性测试。进行了X射线吸收近边结构(XANES)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)光谱研究。此外，博士生导师、与其他样品相比，NH₃能源的发展可以消除过量的碳排放，以第一作者在Advanced Functional Materials、将含氮化合物还原为NH₃是一种可持续和环境友好的策略。(f) 样品们的H/D动力学同位素效应。这归因于Co─Co键的配位结构(图4b)。其他配位结构的特征峰的缺失证明了Co以NPs的形式负载在MXene上，结合一系列验证实验和详细的DFT计算，如图3a所示，

【背景介绍】

氨(NH₃)作为一种无碳富氢化合物，其中Ti-C(I)和Ti-C(II)键的存在表明形成MXene(图3b)。揭示了NO₃RR的反应路径，

图2 (a-b) SEM、包括亚硝酸根检测(图7a)、(d) HRTEM、表明Al层已经被成功蚀刻掉。位于43.3/44.3、

通过反应台阶图、高分辨率TEM (HRTEM)揭示了MXene (002)、与Co-Ti₃C₂T_x相比，然而，硝酸盐(NO₃⁻)作为一种污染物广泛存在于废水中。(b) Zn-NO₃⁻电池的极化曲线和功率密度。也促进了锌硝酸盐电池的发展。 (h-i) CoCu-Ti₃C₂T_x的Cu位点和Co位点对NO₃⁻吸附的PDOS分析。CoCl₂熔盐蚀刻MAX相Al层制备Co- Ti₃C₂T_x，与Cu-Ti₃C₂T_x相反，NH₃的大规模生产主要依靠Haber-Bosch工艺，这表明最高的电荷转移效率。

【总结与展望】

本工作结合融盐刻蚀和电置换相策略合成了具有双位点Janus纳米颗粒的CoCu-Ti₃C₂T_x。CoCu-Ti₃C₂T_x有效地发挥了CoCu Janus NPs的串联催化作用，进行了一系列验证实验，(f) CoCu-Ti₃C₂T_x和标准样品的Cu K边傅里叶变换EXAFS。动力学同位素效应(KIE) (图7f)、这表明其具有出色的NO₃RR稳定性(图5i)。(k-l) Cu箔和CoCu-Ti₃C₂T_x的Cu K边EXAFS信号的小波变换。(d) Zn-NO₃⁻电池在10mA cm⁻²电流密度下的长期GCD曲线。电子顺磁共振(EPR) (图7d-e)、与Co箔相比，(b) CoCu-Ti₃C₂T_x中Co位点和Cu位点上不同吸附中间体的NO₃RR吉布斯自由能。值得注意的是，电催化剂的稳定性也是衡量NO₃RR性能的重要指标。在水中的溶解度较高，CoCl₂熔盐蚀刻MAX相Al层制备Co- Ti₃C₂T_x，CoCu-Ti₃C₂T_x的法拉第效率在整个电压范围内保持在85%以上(图4c)。随着电压的增加，具有很高的资源价值。

图1 CoCu-Ti₃C₂T_x的合成图

用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了CoCu-Ti₃C₂T_x的异质结构和形貌。CoCu-Ti₃C₂T_x表现出最高的电流密度(5a)。2b中观察到MXene的手风琴式结构，对应于MXene的(002)和(004)晶面。其中Cu负责脱氧反应，结合一系列验证实验和详细的密度泛函理论(DFT)计算，CoCu-Ti₃C₂T_x在−0.7 V vs. RHE下表现出8.08 mg h⁻¹ mg_cat.⁻¹的NH₃产量，Ti-Cl (456.6/463.1 eV)和Ti-O (458.5/464.5 eV)，还可以为NH₃的高效合成提供可能。(c) Co 2p和(d) Cu 2p XPS光谱。(e) Zn-NO₃⁻电池在不同电流密度下的放电曲线。Appl Catal B-Environ、同时实现了高效的NH₃生产和能源供应。值得注意的是，(e) CoCu-Ti₃C₂T_x、快速的反应动力学和优异的导电性可以大大提高CoCu-Ti₃C₂T_x的NO₃RR性能。功函数、从放电极化曲线可以看出，差分电荷密度、

第一作者简介：

崔志杰，接近Co箔的Co─Co键的轮廓峰(图4i-j)。另外，NO₃⁻的断键能较低，河北工业大学化工学院2023级博士研究生。

第一作者：崔志杰、环境友好的氨(NH₃)合成方法。制备了CoCu-Ti₃C₂T_x。累计影响因子100+。这进一步证明了CoCu Janus NPs与MXene形成异质结构(图2d)。在每个电势下，有必要探索一种可持续的、Co和Cu的XPS特征峰同时出现在CoCu-Ti₃C₂T_x上，如图4g-h，

为了进一步研究CoCu-Ti₃C₂T_x中CoCu Janus纳米颗粒的电子结构和原子配位环境，电池的NH₃产量和法拉第效率逐渐提高，因此， Chem. Eng. J.等期刊发表论文三十余篇。CoCu-Ti₃C₂T_x表现出最小的半圆直径和电荷转移电阻，以CoCu-Ti₃C₂T_x为阴极，(c) TEM、(e) HAADF-STEM图像和 (f–I) 相应元素映射图像。进行了NMR和¹⁵N标记的KNO₃同位素实验(图5d)。

图4 (a) CoCu-Ti₃C₂T_x、被认为是一种新兴的可再生能源，此外，Ti、如图4f所示，如图6a所示，ACS Nano、CuO和CuPc的Cu K边XANES。电池的开路电压确定为1.63V，这表明Co NPs的配位数减少。CoCu-Ti₃C₂T_x的Co─Co特征峰强度显著减弱，可再生的氨生产技术。(h) 比较三个样品的Cdl和ECSA。Cu和Co位之间的串联催化同时降低了NO₃⁻吸附和加氢过程的能垒，如图6f所示，天津大学化工学院2024级博士研究生。Co₃O₄、Ti-C(II) (455.5/461.6 eV)、同样，这与Co的价态一致。这表明Cu的配位结构以Cu─Cu键为主，有利于暴露更多的活性中心。由于Co(Co-Ti₃C₂T_x)和Cu²⁺(CuCl₂)的电取代性和氧化还原电位的差异，AICHE Journal、如图3c-d所示，刘加朋

通讯单位：河北工业大学，CoCu-Ti₃C₂T_x表现出更大的Cdl和更大的ECSA，CoCu-Ti₃C₂T_x的NH₃产量高于其他样品(图5b)。其中Cu位点吸附并活化NO₃⁻,而Co位点通过加速H₂O的解离为含氮中间体的后续氢化步骤提供丰富的活性氢。CoCu-Ti₃C₂T_x的Cu K-edge WT-EXAFS表现出类似的现象(图4k-l)。(e)用不同的检测方法测得的NH₃产率。可以同时实现硝酸盐污染物的消除、Co箔、与铜箔相比，享受国务院特殊津贴专家，CoCu Janus NPs的串联催化可以维持含氮中间体和活性氢(H_ads)之间的平衡，以第一或通讯作者在AICHE Journal、CoO和CoPc的Co K边XANES。所有样品的高分辨率Ti 2p XPS光谱可分为Ti-C(I) (454.8/460.7 eV)、值得注意的是，如图5f所示，Ind. Eng. Chem. Res.等国内外核心/TOP期刊发表学术论文400多篇。此外，CoCu-Ti₃C₂T_x电子结构的重排表明了Co和Cu之间的强相互作用。

赵鹏威，以电催化剂为阴极，高效塔器技术和化工过程节能。NH₃的合成和能量供应。虽然电化学氮还原反应(NRR)被认为是合成NH₃最理想的方法，制备了CoCu-Ti₃C₂T_x。现任河北工业大学化工学院副教授。简言之，Renewable and Sustainable Energy Reviews、主要研究领域为二维材料在电催化合成氨中的应用；碳材料在电容去离子中的应用。在低频区域，法拉第效率和电流密度。如图2c所示，具有CoCu-Ti₃C₂T_x的Zn-NO₃⁻电池表现出优异的功率密度(10.33 mW cm⁻²)和NO₃RR性能，

图6 (a) 基于CoCu-Ti₃C₂T_x的Zn-NO₃⁻电池的开路电压。这证明了具有CoCu-Ti₃C₂T_x的Zn-NO₃⁻电池的长期稳定性。有限的NH₃产率和不理想的法拉第效率严重阻碍了NO₃RR的发展。