电化学N₂还原（ N2 reduction reaction (NRR)）是实现解决NH₃合成消耗大量能源的可行路径，因为根据相关数据，NH₃和其相关化学化工领域是化石能源消耗中占比非常高，且释放大量温室气体CO₂，对环境保护和可持续发展影响巨大。近些年人们发现通过电化学方法从温和条件下实现NH₃的合成是有可行性的，因此开发高活性、高稳定的催化剂得到了材料和化学相关领域研究者的广泛关注。为了应对这一挑战，电子科技大学基础与前沿研究院的孙旭平合成了Ti³⁺掺杂TiO₂材料，并将相关研究结果发表在英国化学会下Chem. Commun.杂志上。

本文要点：

1） 合成了负载于Ti金属基底上的Ti³⁺掺杂的TiO_2-x纳米线材料，并展现了非常高的NH₃选择性。

2） 在0.1 M Na₂SO₄溶液中，NH3产率为3.51 × 10−11 mol s−1 cm−2 （−0.55 V），法拉第效率14.62 %。

3） 电DFT（密度泛函理论计算）结果显示，掺杂Ti³⁺掺杂能够降低NRR反应中的活化能垒（reaction energy barrier ），且提高了反应活性位点浓度。

作者介绍：

孙旭平，电子科技大学基础与前沿研究院，先后在西华师范大学任教授，德国康斯坦茨大学、加拿大多伦多大学、美国普渡大学做博士后工作，随后在中科院长春应化所、四川大学任教。他的研究领域主要在纳米功能材料表界面设计调控及其催化、能源和传感应用中。

参考文献

Bingyue Li, Xiaojuan Zhu, Jianwei Wang, Ruimin Xing, Qian Liu, Xifeng Shi, Yonglan Luo, Shanhu Liu, Xiaobin Niu, Xuping Sun

Ti³⁺ self-doped TiO_2−x nanowires for efficient electrocatalytic N₂ reduction to NH₃

Chem. Commun., 2020, 56, 1074-1077

DOI: 10.1039/c9cc08971c

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cc/c9cc08971c