电化学氮还原反应（NRR）合成氨可有效替代高耗能Haber-Bosch工艺。在潜在电催化剂中，铋系材料由于其电子结构和较差的析氢活性而显示出独特的NRR特性。然而，由于反应电位下结构和化学变化，目前仍然难以鉴定活性位点和反应机理。

近日，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授报道了将原位拉曼光谱和电子显微镜相结合，研究了NRR反应过程中Bi物种的结构和化学转变。

文章要点

1）在外加电位作用下，纳米棒状铋基金属有机骨架（Bi-MOF）被原位还原并碎裂成紧密接触的Bi⁰纳米颗粒。

2）研究人员利用紫外-可见光谱和离子色谱（IC）对氨进行了定量测定，并用¹⁵N2同位素标记试验进行了验证。实验结果显示，破碎的Bi⁰纳米颗粒在中性和酸性电解质中均具有优异的NRR性能，与可逆氢电极相比，在0.10 m Na₂SO₄中，-0.7 V下氨的产量为3.25±0.08 μg cm^-2 h^-1，-0.6 V下的法拉第效率为12.11 ± 0.84%。

3）作者采用在线差示电化学质谱法（DEMS）对挥发性电化学反应中间产物和产物进行了原位质量分辨分析，研究了Bi⁰催化剂上的NRR活性，结果显示，NRR期间产生了NH3和N2H2，这表明缔合途径是Bi表面上潜在的NRR机制。

这项工作突出了在NRR条件下监测和优化电催化剂的电子结构和几何结构的重要性。

Dazhi Yao, et al, In Situ Fragmented Bismuth Nanoparticles for Electrocatalytic Nitrogen Reduction, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202001289

https://doi.org/10.1002/aenm.202001289