Small Methods: 硫掺杂碳纳米球:一种高效的电催化剂,用于氮气合成氨

氨是世界上生产和消费最多的化学品之一,是生产染料、聚合物、化肥和炸药的重要物质,也是解决未来全球能源危机的一种有前途的绿色能源载体和潜在的运输燃料。工业上合成氨主要依赖已有几百年历史的Haber-Bosch方法,但是该方法面临着巨大能耗和二氧化碳排放的问题。环境条件下的电催化N2到NH3的固定是降低能源消耗、避免直接碳排放的一种重要的方法。然而,目前用于N2还原制备NH3所报道的催化剂大多是贵金属或过渡金属化合物,成本高且种类有限。碳材料由于具有宽的电压窗口和结构多样性被认为是一种高性能催化剂,但目前关于碳材料用于电化学固氮方面的研究较少。

近日,电子科技大学孙旭平教授课题组报道了硫掺杂碳纳米球作为一种高效的电催化剂,用于氮气合成氨。该催化剂在-0.7V (相对于可逆氢电极,RHE)下获得较高的NH3产率(19.07 μg h–1 mg–1cat.),且法拉第效率高达7.47%,远远高于没有掺杂硫的碳纳米球(3.70 μg h−1 mg−1cat., 1.45%)。说明硫的引入大大提高了材料的氮还原性能。

本研究不仅为NH3的合成提供了一种有吸引力的不含金属的催化剂材料,而且为合理设计和开发硫掺杂纳米碳材料用于氮气合成氨开辟了一条新的途径。

本工作以通讯论文形式发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201800251)上。第一作者为电子科技大学硕士研究生夏莉。