氨是一种与工业相关的化学物质，利用可再生能源，通过电化学氮还原反应(NRR)从水和空气中直接合成。然而，由于氮的惰性性质，目前在水性条件下合成氨的尝试导致低选择性和产率。不良的电催化性能主要归因于竞争性的析氢反应、活性位点暴露不足、电极接触不足以及关键反应中间体的稳定性/失稳性差。

有鉴于此，美国约翰霍普金斯大学的V. Sara Thoi等人，报道了一种独特的负载在导电碳纳米线上的富含缺陷的MoO₂催化剂，对电催化氮还原表现出优异的催化性能。

本文要点

1）设计制备了负载在导电碳纳米线载体表面的高度分散，缺陷丰富的MoO₂纳米颗粒催化剂（MoO₂/C），在-0.1 V对RHE的低电势下，其对NH₃转化的选择性高达31％，产率为21.2μgh^-1 mg^-1。结果表明，与现有的基于Mo的MoO₂/C相比，富缺陷的MoO₂/C是一种极具竞争力的催化剂。

2）将这种催化剂的优异性能归因于其独特的结构和缺陷位点。无定形碳纳米线骨架表面上高度分散的MoO₂纳米颗粒减少了颗粒聚集并增加了表面活性位点的暴露，从而提高了产率。导电碳主链有助于将电子引入到纳米颗粒中。

3）此外，已证明通过原位还原MoOx表面和存在氧空位引起的混合Mo价能使氮与反应中间体牢固结合。研究表明，催化剂的形态和组成在选择性NRR中起着重要作用。由于低价Mo化合物（例如MoC₂，Mo₂N₃）的表面容易受到氧化，因此还揭示了在还原电催化条件下识别和稳定表面活性位点的重要性。

总之，该工作为开发将分子氮选择性地转化为增值氮产物的电催化剂提供了一种新的思路。

参考文献：

Xu Han et al. Strategic Design of MoO₂ Nanoparticles Supported by Carbon Nanowires for Enhanced Electrocatalytic Nitrogen Reduction. ACS Energy Lett., 2020.

DOI: 10.1021/acsenergylett.0c01857

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c01857