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化工学院张永超、朱晓东团队在电催化固氮领域取得系列新进展

作者:张永超 来源:化工学院 责任编辑:秦洪庆   终审: 点击: 日期:2024-01-08

近日,化工学院张永超副教授、朱晓东教授团队在电催化固氮领域取得新进展,相关成果以“Enhanced N2Adsorption and Activation by Combining Re Clusters and In Vacancies as Dual-Sites for Efficient and Selective Electrochemical NH3Synthesis”为题发表在国际知名期刊《Nano Letters》(影响因子10.8,中科院1区)论文第一作者为2021级博士生李少权,通讯作者为张永超副教授与朱晓东教授。www.69096.com-澳门新葡亰-新萄京娱乐网址2492777为第一作者及唯一通讯作者单位。

NH3作为一种重要的化工原料,被广泛用于生产尿素、碳酸钠、铵肥等。在工业上产氨主要依靠传统的Haber-Bosch过程,这个过程需要大量的不可再生能源。电催化NRR凭借环保、可持续发展以及可再生等优点在人工固氮产氨中发挥着重要的作用。然而,实现较高的氨产率和合理的法拉第效率也是电催化NRR面临的巨大挑战。为了解决这一问题,通过结合Re团簇和VIn作为自发N2吸附和活化的双位点,构建Re-In2Se3-VIn/CC催化剂从而同时显著提高电催化NRR的活性与选择性。研究发现,VIn的存在可以通过强电荷转移效应同时提供活性位点和限制Re簇。此外,在VIn的约束作用下Re簇稳定分散在In2Se3上,从而使Re-VIn位点的可用性最大化。DFT计算表明,Re团簇在铟缺陷In2Se3(110)上的存在,可以调节NRR途径由In2Se3(110)上的交替途径转变为远端交替混合途径,有利于*N2的吸附和活化,及*NH3的解吸能垒,有效地加速了电催化NRR的反应动力学。

如何开发一类兼具活性与选择性的NRR催化剂是电催化固氮反应需要克服的瓶颈。P区金属被认为是一类具有优异选择性的NRR催化剂,除具有部分占据轨道外,还可以通过p电子的反馈激活,有效削弱甚至破坏强的N≡N叁键。近期,我们在国际知名期刊《Small》(影响因子13.3,中科院1区)上发表题为“P-Block Metal-based Electrocatalysts for Nitrogen Reduction to Ammonia: A Minireview”的综述文章。详细分析了硼族、碳族和氮族等P区金属基催化剂NRR的机理,并分别对P区金属催化剂NRR的活性、选择性以及稳定性进行了阐述。最后对P区金属基催化剂用于电化学固氮反应进行了总结和展望。

以上工作得到了国家自然科学基金,山东省自然科学基金,泰山学者项目及中国博士后面上项目的资助。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c04416?ref=pdf

https://doi.org/10.1002/smll.202206776


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