咨询电话:021-58952328
Angew. Chem. :原子级分散的双原子Al–Al电催化剂高效电催化合成氨2024-06-28
电催化氮还原(NRR)作为一种潜在的绿色合成氨技术,可在常温常压下进行,有望为高能耗、低产率的Haber-Bosch工艺提供一种替代方案。目前,受竞争性析氢副反应的限制,NRR的法拉第效率和选择性仍然存在较大的提升空间,开发高活性和高选择性的NRR催化剂是解决该问题的有效途径。

0
近日,南京大学夏兴华教授、李剑副研究员团队联合刘春根教授课题组发展了一种高效转化氮气至氨的催化剂设计策略,成功在氮掺杂多孔碳上锚定Al-Al双原子位点(Al2NC),实现了高效固氮。Al2NC双原子间的协同效应能通过有效的吸附和活化氮气分子显著提高了催化性能,在-0.60 V(相对于可逆氢电极,RHE)下将氮气高选择性地转化成NH3,法拉第效率高达16.56±0.3%,产率为29.22±1.2 µg.h-1. mgcat-1

电化学NRR是一个涉及6个电子的多步过程,反应动力学缓慢。得益于P区金属的弱氢吸附与双原子位点的协同效应,构筑的Al-Al双原子位点在NRR中具有以下优势:(1)Al-Al位点的空轨道可接受N≡N的2σ* 孤对电子,促进氮气的吸附;(2)N的高电负性有利于Al-Al中的成键轨道电子注入N≡N的反键轨道(2π*),高效活化N≡N三键;(3)氮掺杂的石墨碳基质可以作为电子储库,提升Al-Al位点介导NxHy中间体电荷转移的能力。

利用衰减全内反射表面增强红外吸收光谱技术探究了NRR的活性中间体,发现Al-Al双原子位点为N2化学吸附和活化提供了良好的微环境,NRR遵循6电子转移机理,选择性地将N2转化为NH3

综上所述,夏兴华、李剑团队设计合成了一种P区双原子金属的高性能NRR催化剂,为设计高性能NRR电催化剂提供了新的思路,并为开发同核/异核过渡金属双原子催化剂奠定了理论基础。

文信息

Synergistic Al−Al Dual-Atomic Site for Efficient Artificial Nitrogen Fixation

Sudip Biswas, Jingwen Zhou, Xue-Lu Chen, Chen Chi, Yi-An Pan, Peixin Cui, Jian Li, Chungen Liu, Xing-Hua Xia

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202405493