在电化学氮还原反应（NRR）中，由于过渡金属(TM)-N-C活性中心的协同作用，将TM化合物与含氮碳材料杂化是提高NRR电催化剂活性和稳定性的一种很有前途的策略。然而，迄今为止，人们对NRR的这种所谓的协同电催化的基本机制仍不清楚。尤其是，当与TM配位时，N掺杂剂的哪种构型（吡啶型N或吡咯型N）有利于这种协同作用仍然不明确。

近日，基于上述考虑，南开大学袁忠勇教授报道了通过聚多巴胺与半胱氨酸/钼盐配位的自聚合聚合物的热解，成功制备了一种含氮碳的三维（3D）1T相MoS₂层状自组装微花（MoS₂/NC）。

文章要点

1）在0.1 M Na₂SO₄电解液中，所设计的MoS₂/NC-900表现出优异的NRR性能，其活性为36.1 μg h^-1 mg_cat.^-1，在−0.5 V时的FE为15.2%，性能接近最近报道的MoS₂基NRR电催化剂的金字塔顶端。

2）研究人员研究了高活性1T相MoS₂组分与掺杂N原子的相互作用机理，进一步确定了各N组态对NRR电催化的贡献。系统表征分析和控制/酸化/封闭/中毒实验结果相结合表明，MoS₂/NC的NRR活性以吡啶-N-Mo键为主。

3）¹⁵N同位素标记实验为精准测试MoS₂/NC催化剂的氨产率提供了有力证据，此外，电化学原位傅里叶变换红外光谱从分子水平揭示了MoS₂/NC催化剂的NRR机理，进一步揭示了MoS₂/NC催化剂的实际活性中心。

研究工作揭示了吡啶基N-金属中心对TM型碳材料催化NRR催化效率的决定性作用，为TM化合物与含氮碳（尤其是高含量吡啶基N）杂化来开发高活性NRR电催化剂提供了一条有价值的途径。

参考文献

Xian-Wei Lv, et al, Identifying the Dominant Role of Pyridinic-N−Mo Bonding in Synergistic Electrocatalysis for Ambient Nitrogen Reduction, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.1c03465

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c03465