非贵金属和单原子催化剂上的电化学氮还原反应(NRR)作为一种可持续的氨合成策略越来越受到人们的关注。然而，由于NRR催化活性位点之间的距离较大，因此原子级调节此类活性位点仍然具有挑战性。

有鉴于此，天津大学梁骥、中科院大连化物所刘健研究员和斯威本科技大学Chenghua Sun等人，利用石墨化氮化碳具有独特微环境的规则表面腔作为“亚纳米反应器”来精确限域多个铁、铜原子用于NRR电催化。

本文要点

1）首次展示了利用g-C₃N₄表面腔内的有序亚纳米空间来容纳多个Fe和Cu原子，形成亚纳米反应器，作为NRR的高效电催化剂。

2）由于Fe和Cu原子之间的紧密配位（紧密地限制在此类反应器中），已实现了这两种物质之间的显着协同作用，从而在高氨产率和效率方面大大提高了NRR性能。与单金属催化剂相比，氨产率提高了近一倍，并将法拉第效率提高了54％，最高可达34%。

3）第一性原理模拟表明，这种协同效应源自独特的Fe-Cu配位，有效地改变了N₂吸收，改善电子传递并为NRR提供额外的氧化还原对，优化反应途径，使反应向更低的能垒方向发展，使得NRR异常便利。

总之，该工作提供了在亚纳米尺度上操纵催化剂活性中心的新策略。

参考文献：

Xiaowei Wang et al. Confined Fe–Cu Clusters as Sub‐Nanometer Reactors for Efficiently Regulating the Electrochemical Nitrogen Reduction Reaction. Advanced Materials, 2020.

DOI: 10.1002/adma.202004382

https://doi.org/10.1002/adma.202004382