常压电催化氮气还原反应(NRR)可有效替代哈伯法用以生产NH₃。然而，研究发现，基于单原子和其他电催化剂的策略并不能有效地提高NRR的NH₃产率。

有鉴于此，天津理工大学罗俊教授，刘熙俊报道了通过第一性原理计算发现，在单个金属位置上连续出现垂直末端*N2和倾斜末端NNH吸附分子以降低自由能垒是实现高性能NRR的关键。

文章要点

1）通过靶向这两种分子构型，研究人员发现了具有Ag-N₄配位的单一Ag位。并成功合成了一种由N掺杂炭黑中单一Ag中心位组成的SA催化剂（SA-Ag/NC）。同时，采用X射线吸收光谱（XAS）表征了Ag-N₄的单原子位结构，包括X射线吸收近边结构（XANES）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）。

2）与可逆氢电极相比，–0.65 V下，在0.1 M HCl水溶液中，SA-Ag/NC的NH₃产率为270.9 μg h^-1 mg_cat.^-1，同时，在–0.60 V vs RHE时，法拉第效率（FE）为21.9％。在归一化为负载型催化剂总质量（包括载体材料的质量）的NH₃产率中，该产率值创下新高。当标准化为负载型催化剂中仅金属元素的总质量时，该值经计算为69.4 mg h^-1 mg_Ag^-1，这也胜过大多数已报道的NRR催化剂。此外，在连续20个反应周期中，产率值和相应的FE稳定，还原电流密度在60 h内几乎恒定。

这项工作表明，在单个金属位点上对分子进行原子级靶向可有效改善SA催化剂催化性能。

Ying Chen, et al, Highly Productive Electrosynthesis of Ammonia by Admolecule-Targeting Single Ag Sites, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c01340

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c01340