可再生能源电催化氮(N₂)还原反应(NRR)在生产绿色氨(NH₃)方面具有广阔的应用前景。然而，由于N₂活化和竞争性析氢反应(HER)的高能垒，NRR受到低法拉第效率和NH₃产率的限制。与广泛研究的过渡金属相比，主族元素(MGEs)具有多种物理化学性质和本质上较差的氢吸附能力，可以为解决上述挑战提供优势。

有鉴于此，阿德莱德大学乔世璋教授和唐城等人，通过识别促进NRR和抑制HER的功能机制，批判性地评估了MGEs在NRR中的使用，然后对N₂活化和抑制HER的方法进行了全面总结，然后展示了基于 MGE 的机制，可明应用于材料、电解质和电催化 N₂ 还原界面的智能设计。最后得出结论，MGEs 可以显着促进电化学固N₂。

本文要点

1）电催化 NRR 的性能受到 N₂ 活化和竞争性 HER 的高能势垒的严重限制。通过对基于 MGE 的材料设计以获得最佳 NRR 性能的批判性评估和比较总结，得出结论：（1）与传统的基于 TMs 的电催化剂相比，MGE 在促进 N₂ 活化和抑制 HER 方面具有显着优势，（2）优化电解质和电极表面可以有效地用于提高 NRR，并且（3）重要的是，基于 MGE 的功能机制是可推广的，可以明智地用作智能设计用于 N₂ 固定的先进催化剂材料的基础。

2）然而，有四个关键领域需要在未来的研究中解决：（a）建立严格的NRR评估协议；（b）基于 MGEs 的电催化剂的协同设计和策略；（c）In situ和operando技术在反应条件下监测电催化剂变化；（d）结合多种技术建立新的固N₂策略。

参考文献：

Laiquan Li et al. Main-group elements boost electrochemical nitrogen fixation. Chem, 2021.

DOI: 10.1016/j.chempr.2021.10.008

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.10.008