郑州大学&河南大学ACS Nano：构建p-d轨道杂化金属间PtSn纳米片，实现选择性羟胺电合成

电化学硝酸盐(NO₃^–)还原反应(NO₃RR)是一种生产NH₂OH的有效策略。通过将这个过程与可再生电力相结合，预计将解决与传统方法相关的能源、环境和安全问题。在过去的几十年里，人们在开发电化学NO₃RR方面做出了重大努力。然而，NH₂OH通常被认为是NH₃的中间体。NH₂OH缓慢的解吸动力学和低稳定性导致其快速还原为NH₃。因此，NH₂OH合成的选择性仍然不尽如人意。

人们已经投入了相当大的努力来提高NH₂OH生产的电催化性能。例如，Bi已被用于从空气和水中合成NH₂OH。此外，醛和酮已被引入电化学NO₃RR系统。这些化合物可以与NH₂OH中间体自发反应形成肟，从而抑制其进一步还原为NH₃。

然而，电化学NO₃RR转化为NH₂OH的商业应用仍面临着巨大挑战，如能耗高、转化效率低和净化工艺复杂等。因此，开发高效的电催化剂以直接通过电化学NO₃RR合成NH₂OH至关重要。

近日，郑州大学刘红坡和河南大学代磊等采用一锅湿化学法成功合成了厚度约3 nm、尺寸约50 nm的具有p-d杂化轨道的超薄PtSn纳米片，以提高电催化生产NH₂OH的性能。研究表明，这些纳米片具有六边形紧密堆积(hcp)晶体结构，并暴露出(001)面。这些纳米片在电催化NO₃RR生产NH₂OH中表现出优异的选择性和稳定性。

在-0.10 V_RHE时，NH₂OH的法拉第效率(FE)高达82.83±1.55%。在-0.25 V_RHE下NH₂OH的最高产率可达6.15±0.32 mmol h^-1 mg_cat^-1。此外，在-0.10 V_RHE下长期电解过程中，NH₂OH的FE一直保持在75.17%，显示出优异的稳定性。

原位光谱表征和理论计算表明，p区Sn和d区Pt之间的p-d轨道杂化有效地增强了NO₃^–的吸附和NH₂OH的解吸；同时，它们还能够抑制HER和防止NH₂OH过度还原为NH₃，促进了电化学合成NH₂OH的活性和选择性。此外，将PtSn纳米片作为阴极组装了碱性-酸性混合Zn-NO₃^–电池，在20 mA cm^-2下NH₂OH的产率为1.48 mmol h^-1 mg_cat^-1，FE为80.42%，显示出巨大的应用潜力。

总的来说，该项研究不仅为NH₂OH的合成提供了一种高效的电催化剂，还为基于杂化轨道的电催化剂的合理设计提供了指导。

Intermetallic PtSn nanosheets with p-d orbital hybridization for selective hydroxylamine electrosynthesis. ACS Nano, 2025.DOI: 10.1021/acsnano.5c00544