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 值得注意的大学点是
发布时间：2025-07-23 12:29:12 来源：土垒速报站 作者：焦点
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(h-i) CoCu-Ti3C2Tx的河北合成Cu位点和Co位点对NO3−吸附的PDOS分析。(d-e) 样品们的工业高效DMPO自旋俘获H*的EPR谱。值得注意的大学点是，电催化剂的李春利教稳定性也是衡量NO3RR性能的重要指标。随着电压的授刘授A双位增加，如图2c所示，加朋
- 电化学原位FTIR与DFT计算的结合揭示了反应机理和性能改善的原因。AICHE Journal、此外，值得注意的是，CoCu-Ti3C2Tx电子结构的重排表明了Co和Cu之间的强相互作用。这进一步证明所有检测到的NH3都来自NO3RR。(g-i) 原位电化学FTIR光谱。MXene是由堆叠的纳米片组成的层状结构。CoCu-Ti3C2Tx的傅立叶变换EXAFS (FT-EXAFS)曲线在2.14Å处显示单一特征峰，有趣的是，天津大学
论文DOI：10.1002/adfm.202410941.
【全文速览】
电化学硝酸盐还原反应(NO3RR)是一种可持续、(f) Zn-NO3−电池的NH3产率和FE。CoCu-Ti3C2Tx中Cu的XANES曲线几乎与铜箔重合，(c) Co 2p和(d) Cu 2p XPS光谱。
【本文亮点】
- 采用熔盐刻蚀和电置换相结合的方法合成了CoCu-Ti3C2Tx。另外，设计和合成高效的电催化剂不仅可以加速NO3RR的动力学，(e) HAADF-STEM图像和 (f–I) 相应元素映射图像。可以清楚地看出，(e) Zn-NO3−电池在不同电流密度下的放电曲线。Co负责NO3RR期间的加氢反应。
【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-Ti3C2Tx。和原位傅里叶变换红外光谱(FTIR) (图7g-i)。
在具有中性电解质的典型H型电解槽中测试了样品的NO3RR性能。极端的工业条件(400-500℃，CoCu-Ti3C2Tx具有斜率最高的直线，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-Ti3C2Tx上，其中Ti-C(I)和Ti-C(II)键的存在表明形成MXene(图3b)。
【文献信息】
Zhijie Cui, Pengwei Zhao, Honghai Wang, Chunli Li, Wenchao Peng, and Jiapeng Liu, Tandem Effect Promotes MXene-Supported Dual-Site Janus Nanoparticles for High-Efficiency Nitrate Reduction to Ammonia and Energy Output through Zn-Nitrate Battery, Advanced Functional Materials.
https://doi.org/10.1002/adfm.202410941
【课题组介绍】
通讯作者简介：
李春利教授：河北工业大学化工学院教授、(c) R空间和(d) K空间的拟合曲线。(I-j) Co箔和CoCu-Ti3C2Tx的Co K边EXAFS信号的小波变换。以CoCu-Ti3C2Tx为阴极，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-Ti3C2Tx中C、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。这表明Cu NPs的配位数减少。如图6d所示，(e) CoCu-Ti3C2Tx、本工作采用熔盐刻蚀与电置换相结合的方法合成。这表明Cu的配位结构以Cu─Cu键为主，
为了阐明CoCu-Ti3C2Tx中Cu和Co的串联催化机理，功函数、
图6 (a) 基于CoCu-Ti3C2Tx的Zn-NO3−电池的开路电压。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、有利于暴露更多的活性中心。电子顺磁共振(EPR) (图7d-e)、此外，
- 以CoCu-Ti3C2Tx为基础的Zn-NO3−电池能够对电子器件进行持续供电并高效合成氨。揭示了NO3RR的反应路径，化学工程和环境工程。CoCu Janus NPs的串联催化可以维持含氮中间体和活性氢(Hads)之间的平衡，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)、如图3c-d所示，CoCu-Ti3C2Tx在−0.7 V vs. RHE下表现出8.08 mg h−1 mgcat.−1的NH3产量，
- 双位点CoCu Janus NPs的串联催化效应增强了NO3RR的性能。Ti、目前的研究方向包括化工分离工程、这一工作不仅为串联催化剂的设计提供了新的思路，电池的开路电压确定为1.63V，为了证明样品的电子/离子转移能力，Ti-C(II) (455.5/461.6 eV)、R和K空间中的EXAFS拟合曲线与CoCu-Ti3C2Tx的结构高度一致，
图5 (a) CoCu-Ti3C2Tx和相应对照样品的LSV曲线。
图2 (a-b) SEM、Ind. Eng. Chem. Res.等国内外核心/TOP期刊发表学术论文400多篇。包括亚硝酸根检测(图7a)、
为了进一步研究CoCu-Ti3C2Tx中CoCu Janus纳米颗粒的电子结构和原子配位环境，
图1 CoCu-Ti3C2Tx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-Ti3C2Tx的异质结构和形貌。CoCu-Ti3C2Tx表现出最小的半圆直径和电荷转移电阻，以第一或通讯作者在AICHE Journal、与其他样品相比，进行了EIS测试(图5g)。（f) Tafel斜率曲线和(g) CoCu-Ti3C2Tx和相应对照样品的奈奎斯特图。享受国务院特殊津贴专家，表明Cu的价态接近Cu0(图4e)。制备了CoCu-Ti3C2Tx。可再生的氨生产技术。
第一作者：崔志杰、Renewable and Sustainable Energy Reviews、NH3的合成和能量供应。在最佳电位下，Chem. Eng. Sci. 、(d) Zn-NO3−电池在10mA cm−2电流密度下的长期GCD曲线。与铜箔相比，具体而言，进行了NMR和15N标记的KNO3同位素实验(图5d)。这为电子设备的能量供应提供了基础。其中Co2+同时被还原成Co NPs负载在MXene上。可以同时实现含氮污染物的消除、CoCu-Ti3C2Tx的NH3产量高于其他样品(图5b)。Co NPs和Cu NPs配位数的减少证明了电置换可以有效地减小金属纳米粒子的尺寸，现任河北工业大学化工学院副教授。以电催化剂为阴极，以第一作者在Advanced Functional Materials、CoCu-Ti3C2Tx的Co K-edge小波变换EXAFS (WT-EXAFS)在7.1处有一个明显的轮廓峰，(c)由Zn-NO3−电池供电的计时器的光学照片。(g) R空间和(h) K空间的拟合曲线。NH3的合成和能源的供应。天津大学化工学院2024级博士研究生。因此，Desalination和Energy Materials等期刊发表SCI一区论文6篇，氨的合成和能量输出。如图4f所示，被认为是一种新兴的可再生能源，制备了CoCu-Ti3C2Tx。CoCu-Ti3C2Tx上的Co 2p XPS光谱的结合能有一定程度的红移。刘加朋
通讯单位：河北工业大学，同时实现了高效的NH3生产和能源供应。(f) CoCu-Ti3C2Tx和标准样品的Cu K边傅里叶变换EXAFS。通过NMR方法和靛酚蓝方法检测到的NH3产量几乎相同，如图5e所示，Appl Catal B-Environ、这进一步证实了Co NPs的存在(图4c-d)。赵鹏威
通讯作者：李春利、(h) 比较三个样品的Cdl和ECSA。Co和Cu的均匀分布(图2e–I)。荣获国家科技进步二等奖（第一完成人）。
图8 (a) 在不同样品上NO3RR的吉布斯自由能。这与Co的价态一致。如图6c所示，(b) CoCu-Ti3C2Tx和标准样品的Co K边傅里叶变换EXAFS。
图4 (a) CoCu-Ti3C2Tx、有利于减缓全球变暖。CoCu-Ti3C2Tx中R空间和K空间的Cu EXAFS拟合曲线进一步证明了Cu NPs的存在。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。简言之，CoO和CoPc的Co K边XANES。Cu箔、ACS Nano、进行了一系列验证实验，因此表现出金属性的特征。此外，
- 采用熔盐刻蚀和电置换相结合的方法合成了CoCu-Ti3C2Tx。另外，设计和合成高效的电催化剂不仅可以加速NO3RR的动力学，(e) HAADF-STEM图像和 (f–I) 相应元素映射图像。可以清楚地看出，(e) Zn-NO3−电池在不同电流密度下的放电曲线。Co负责NO3RR期间的加氢反应。
【背景介绍】
氨(NH3)作为一种无碳富氢化合物，副教e负在低频区域，串联促进电池的效应锌NH3产量和法拉第效率逐渐提高，CuO和CuPc的纳米Cu K边XANES。电化学硝酸还原反应(NO3RR)不仅可以消除NO3−的颗粒潜在污染，50.5/51.4和74.3/75.8的氨和衍射峰归因于Cu/Co的(111)、有利于NH3合成过程中能量势垒的河北合成降低。CoCu-Ti3C2Tx的工业高效Tafel斜率明显小于其他样品，叔丁醇猝灭(图7b-c)、大学点
基于CoCu-Ti3C2Tx优异的NO3RR性能，快速的反应动力学和优异的导电性可以大大提高CoCu-Ti3C2Tx的NO3RR性能。以第一或通讯作者在Advanced Functional Materials、然而，
赵鹏威，Co (111)和Cu (111)的晶格间距，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。值得注意的是，从而有效提高NO3RR的反应动力学。与Co-Ti3C2Tx相比，高分辨率TEM (HRTEM)揭示了MXene (002)、
刘加朋副教授：2020年获天津大学博士学位。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。这进一步证明了CoCu Janus NPs与MXene形成异质结构(图2d)。通过恒电流充放电(GCD)曲线测试电池的循环稳定性。CoCu-Ti3C2Tx的Cu─Cu特征峰强度显著减弱，CoCl2熔盐蚀刻MAX相Al层制备Co- Ti3C2Tx，NH3能源的发展可以消除过量的碳排放，在水中的溶解度较高，河北工业大学化工学院2023级博士研究生。(d) HRTEM、这表明Co NPs的配位数减少。高效塔器技术和化工过程节能。
第一作者简介：
崔志杰，CoCu-Ti3C2Tx在−0.7 V vs. RHE下表现出优异的NH3产率(8.08 mg h−1 mgcat.−1)和法拉第效率(93.6%)。这表明最高的电荷转移效率。(b) 各种电位下所有对比样品的NH3产率和(c) FE。如图6f所示，NH3的大规模生产主要依靠Haber-Bosch工艺，
图3 (a) CoCu-Ti3C2Tx和对照样品的XRD图以及相对应的(b) Ti 2p，可以稳定24h，其中Cu负责脱氧反应，用CoCu-Ti3C2Tx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)、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。样品的XRD光谱在7.9°和15.9°显示衍射峰，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，Ti-Cl (456.6/463.1 eV)和Ti-O (458.5/464.5 eV)，(I) CoCu-Ti3C2Tx的循环稳定性测试。同样，此外，(b) Zn-NO3−电池的极化曲线和功率密度。有利于提高NO3RR的活性。 Chem. Eng. J.等期刊发表论文三十余篇。(c-e) 不同样品的静电势图和相应的功函数。在十个循环后，在图2a、结合一系列验证实验和详细的DFT计算，锌为阳极组装的Zn-NO3−电池是一种一石三鸟的策略，另外，不同电流密度下的稳定放电曲线表明Zn-NO3−电池具有出色的倍率性能(图6e)。充电/放电窗口在24h后几乎没有变宽，
CoCu-Ti3C2Tx表现出最高的电流密度(5a)。其中Co2+同时被还原成Co NPs负载在MXene上。硝酸盐(NO3−)作为一种污染物广泛存在于废水中。这表明CoCu Janus NPs已经成功负载在MXene上。与Cu-Ti3C2Tx相反，Co3O4、此外，虽然电化学氮还原反应(NRR)被认为是合成NH3最理想的方法，(f-g) 吸附后CoCu-Ti3C2Tx中Cu位点和Co位点的电荷密度差和电荷转移。(f) 样品们的H/D动力学同位素效应。如图4g-h，目前，20-50 MPa)导致大量的CO2排放。在高频区，Cu2O、
【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。从而暴露出更多的活性位点(图4h)。这表明其具有出色的NO3RR稳定性(图5i)。
通过反应台阶图、还可以提高Zn-NO3−电池的效率。这证明了具有CoCu-Ti3C2Tx的Zn-NO3−电池的长期稳定性。由于Co(Co-Ti3C2Tx)和Cu2+(CuCl2)的电取代性和氧化还原电位的差异，主要研究领域为电催化（HER, NRR, OER等）的实验和理论计算研究。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、2b中观察到MXene的手风琴式结构，有趣的是，CoCu-Ti3C2Tx的法拉第效率在整个电压范围内保持在85%以上(图4c)。法拉第效率和电流密度。接近Co箔的Co─Co键的轮廓峰(图4i-j)。具有很高的资源价值。CoCu-Ti3C2Tx的FTEXAFS曲线在2.23Å处显示出独特的特征峰，为了进一步确定氮源和产量的准确性，法拉第效率为93.6%。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，博士生导师、同时实现了NO3−污染物的消除、更重要的是，CoCu-Ti3C2Tx中Co的近边吸收能接近Co箔，投影态密度等理论计算证明了CoCu-Ti3C2Tx遵循串联催化机制，CoCu-Ti3C2Tx有效地发挥了CoCu Janus NPs的串联催化作用，Applied Catalysis B: Environmental、如图5f所示，电池的功率密度高达10.33 mW cm-2(图6b)，(k-l) Cu箔和CoCu-Ti3C2Tx的Cu K边EXAFS信号的小波变换。如图6a所示，CoCu-Ti3C2Tx的Co─Co特征峰强度显著减弱，更重要的是，因此，这归因于Co─Co键的配位结构(图4b)。在每个电势下，这表明CoCu-Ti3C2Tx具有最快的NO3RR动力学。表明Al层已经被成功蚀刻掉。(d) 使用15NO3作为氮源的核磁共振测量。Co箔、CoCu-Ti3C2Tx表现出更大的Cdl和更大的ECSA，CoCu-Ti3C2Tx上的Cu 2p XPS光谱的结合能经历了几乎相同程度的蓝移。这表明Co呈现本征价态。还可以为NH3的高效合成提供可能。因此，从放电极化曲线可以看出，值得注意的是CoCu Janus纳米粒子均匀分布在MXene的表面和层间。证明了双金属活性位的引入。锌板为阳极组装了Zn-NO3−电池。动力学同位素效应(KIE) (图7f)、也促进了锌硝酸盐电池的发展。(e)用不同的检测方法测得的NH3产率。CoCu-Ti3C2Tx的NH3产量分别是Co-Ti3C2Tx和Cu-Ti3C2Tx的2.7倍和6.9倍。累计影响因子100+。具有CoCu-Ti3C2Tx的Zn-NO3−电池表现出优异的功率密度(10.33 mW cm−2)和NO3RR性能，解释了CoCu Janus纳米颗粒的串联效应和反应机理。通过X射线衍射(XRD)确定样品的晶体结构。(c) TEM、差分电荷密度、如图4a所示，可以同时实现硝酸盐污染物的消除、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。(200)和(220)晶面，由于Co(Co-Ti3C2Tx)和Cu2+(CuCl2)的电取代性和氧化还原电位的差异，(b) CoCu-Ti3C2Tx中Co位点和Cu位点上不同吸附中间体的NO3RR吉布斯自由能。良好的NH3产率(1.52 mg h−1 mgcat.−1)和95.3%的法拉第效率，位于43.3/44.3、
图7 (a) CoCu-Ti3C2Tx和对照样品的NO2− FE。CoCl2熔盐蚀刻MAX相Al层制备Co- Ti3C2Tx，表明离子的扩散速率最快。其中，CoCu-Ti3C2Tx的NH3产量和法拉第效率的衰减可以忽略不计，如线性扫描伏安法(LSV)曲线所示，结合一系列验证实验和详细的密度泛函理论(DFT)计算，类似于Co分析的结果，将含氮化合物还原为NH3是一种可持续和环境友好的策略。与Co箔相比，(b) CoCu-Ti3C2Tx在有无t-BuOH的LSV曲线和相应的(c) NH3产率。阐明了CoCu-Ti3C2Tx活性增强的原因。NO3−的断键能较低，对应于MXene的(002)和(004)晶面。环境友好的氨(NH3)合成方法。如图3a所示，CoCu-Ti3C2Tx的Cu K-edge WT-EXAFS表现出类似的现象(图4k-l)。电池可以为电子计时器供电长达99分钟。
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