硝酸盐还原电合成氨因其相对温和的条件和清洁能源需求而受到广泛关注，而大多数现有的电化学策略由于缺乏高电流密度下稳定的离子交换膜只能提供低产率和短持续时间。

近日，受中国木工传统智慧的启发，清华大学王保国开发了具有“榫卯”结构（MBM）的3D物理互锁接口的BM。

文章要点

1）研究人员以合成的CoNi氢氧化物针状阵列模板为图案，制造并调节了具有亚微米级嵌入式接头的BM中间层，揭示了两个方面的优势：（i）在不扩大离子传输阻力的情况下最大化WD催化位点，并且在高电流密度（1000 mA cm⁻²时的跨膜压降为1.13 V）；(ii)AEL和CEL的起泡和分离发生改变，膨胀方向改变，物理接触面积增加，从而有效延长了使用寿命。

2）通过与催化位点和传质均得到提升的Co 3D纳米阵列阴极耦合，流动反应器中的连续双极膜NH3合成在1000 mA cm⁻²下实现，法拉第效率超过86.2%，产率为68.4 mg h⁻¹ cm⁻²，使用仅2000 ppm NO₃⁻碱性电解质。此外，在1000 mA cm⁻²下运行>100小时也证实了在工业废水中使用MBM高效和产率NH₃电合成技术的信心。

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Xu, Z., Wan, L., Liao, Y. et al. Continuous ammonia electrosynthesis using physically interlocked bipolar membrane at 1000 mA cm^−2. Nat Commun 14, 1619 (2023).

DOI：10.1038/s41467-023-37273-7

https://doi.org/10.1038/s41467-023-37273-7