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用于电催化氮还原的单 Ru-N4 位点嵌入多孔碳
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2023-03-01 , DOI: 10.1021/acsami.2c21744
Zhiya Han 1, 2 , Senhe Huang 2, 3 , Jichao Zhang 4 , Fu Wang 5 , Sheng Han 6 , Peng Wu 1 , Mingyuan He 1 , Xiaodong Zhuang 2, 3
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氨是化学品、化肥和储能的有效原料。相对于传统的 Haber-Bosch 方法,电催化氮还原反应 (NRR) 是一种替代的、高效的、清洁的氨生产技术。单金属催化剂在 NRR 领域得到广泛研究。然而,关于如何精确调节单金属原子位点的配位环境以提高催化 NRR 性能的结论非常有限。在此,我们报告了一种 5,7 元碳环参与的多孔碳 (PC) 制备方法,用于单原子 Ru 嵌入 PC。作为电催化剂,此类材料表现出令人惊讶的有前途的催化 NRR 特性,NH 3产率高达 67.8 ± 4.9 μg h –1 mg cat –1法拉第效率为 19.5 ± 0.6%,超过了大多数报道的单原子 NRR 催化剂。扩展的 X 射线吸收精细结构表明,拓扑缺陷的存在使 Ru-N 键从 1.48 增加到 1.56 Å,从而调节了单原子 Ru 活性位点的配位环境。密度泛函理论计算结果表明,N 2的吸附到被拓扑缺陷包围的单原子 Ru 上,将 N≡N 键扩展到 1.146 Å,削弱了 N≡N 的强度并使其易受 NRR 的影响。总而言之,这项工作提供了一种新的设计策略,通过涉及拓扑缺陷和相应的围绕 Ru 单原子的大极化来提高催化 NRR 性能。这样的概念也可以应用于许多其他类型的能量存储和转换催化剂。



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更新日期:2023-03-01
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