发展高储量金属氧化物用于温和条件N₂还原制备NH₃具有非常广泛深入的意义，因为NH₃是现代化学工业的重要产品。但是氧化物的Lewis酸性较弱，电子结构不利于吸附N₂分子，导致关键N中间体（NNH*/NNH₂*/N*）稳定性较低，相同条件中更容易进行HER反应。因此目前金属氧化物NRR反应的NH₃产率和选择性距离目标要求很远。

有鉴于此，韩国基础科学研究所（IBS）Hyoyoung Lee等报道基于理论计算发现缺陷型Co₃O₄修饰单原子Ru的催化剂在电子结构中表现较强的Ru_4d-N_2p轨道耦合作用，有助于促进N₂吸附，同时能够实现改善N中间体的稳定性，抑制H*二聚生成H₂。依此合成了Ru单原子修饰的缺陷Co₃O₄，发现具有非常好的电催化N₂还原反应活性。

本文要点：

（1）

基于DFT计算结果，设计了单原子Ru掺杂修饰的Co₃O₄催化剂，因此在这种催化剂中能够最大量的提高Co₃O₄的Lewis酸性，因此表现了非常好的NRR电催化反应活性。

（2）

在0 V RHE过电势条件中进行电催化NRR，实现了达到40.2 %的法拉第效率，较高的产率39.4μg/h/mg_Cat；2.67 mg/h/mg_Ru。同时该催化剂表现了优异的长期NRR稳定，长期稳定性比Co₃O_4-x提高2.5倍，性质比目前标杆催化剂Ru/C的性能更高。

参考文献

Jinsun Lee, Ashwani Kumar, Min Gyu Kim, Taehun Yang, Xiaodong Shao, Xinghui Liu, Yang Liu, Yeseul Hong, Amol R. Jadhav, Mengfang Liang, Ngoc Quang Tran, and Hyoyoung Lee*, Single-Metal-Atom Dopants Increase the Lewis Acidity of Metal Oxides and Promote Nitrogen Fixation, ACS Energy Lett. 2021, 6, 4299–4308

DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02136

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c02136