在常温下实现电催化氮还原（NRR）合成氨（NH₃）已成为化学领域最有前途的技术之一，它是一种比传统的哈伯−博世工艺更环保的制NH₃方法。然而，由于缺乏高活性、高选择性的电催化剂，其氨产率和法拉第效率（FE）都很低。

近日，东华大学丁彬教授，刘一涛研究员提出了一种有效的策略，通过过渡金属和p-嵌段金属的组合来解决NRR的活性和选择性问题。

文章要点

1）研究人员合成了莲藕状的α-TiO₂纳米纤维，由于其比表面积大，易于电解质渗透，并且在整个块体中含有丰富的V_O，因此可以作为一种高活性的基体。此外，p-嵌段金属Ga以SA的形式沉积在该基质上，由于抑制了HER副反应，N₂能够选择性地吸附在催化剂表面。

2）结果表明，在0.1 V的极低势垒下，催化剂用于NRR，具有显著提高的NH₃产率（24.47 μg h⁻¹ mg⁻¹）和FE（48.64%）同时获得了高的产率，这一结果超过了迄今为止，所报道的空位工程化的TiO₂纳米晶。

3）密度泛函理论（DFT）计算证实了Ga吸附原子和α-TiO₂在促进N₂吸附和活化以及抑制氢气吸附方面的协同作用。因此，成功开发了一种具有高活性、高选择性的NRR电催化剂。

参考文献

Meng Zhang, et al, Highly Active and Selective Electroreduction of N₂ by the Catalysis of Ga Single Atoms Stabilized on Amorphous TiO₂ Nanofibers, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.1c10059

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10059