Advanced Functional Materials:电催化合成氨研究进展

电催化氮还原(e-NRR)被认为是在环境条件下生产氨的有效,清洁和可持续的策略。 从热力学上讲,电催化氮还原的能源效率应比Haber-Bosh工艺高约20%。然而,事实证明,有效的电催化氮还原在实践中极具挑战性,因为需要大量能量才能打断非极性氮气分子的三键。此外,析氢反应(HER)在e-NRR中一直是一个竞争性过程,因为它的理论电压小于e-NRR。众所周知,e-NRR中的关键成分是电催化剂。 因此,寻找新的电催化剂以克服具有挑战性的问题对于e-NNR在工业中的实际应用至关重要。系统讨论关于e-NRR新型电催化剂的最新进展,设计原理以及提高效率和克服挑战的机制显得非常重要。

澳门大学潘晖教授课题组在国际知名期刊AFM发表综述文章-氮还原电催化剂研究进展。该综述重点介绍了电化学合成NH3机理的见解,并建议了用于实验中氨气检测的可靠方案。 系统地总结了新型电催化剂的最新进展(图1),包括贵金属基材料,单金属原子催化剂,非贵金属及其化合物(例如氧化物,氮化物,硫化物,磷化物和碳化物)和无金属材料 ,以在实验和理论研究中获得有效的e-NRR。 通过增加暴露的活性位点或调整电子结构来提高催化性能的各种策略,包括表面控制,缺陷工程和杂化。 最后,概述了观点和挑战。 可以预期,该综述将为开发先进的催化系统以通过N2还原产生氨提供有深刻见解的指导。

图1. e-NRR电催化剂设计策略的示意图。

相关论文在线发表在Advanced Functional Materials (DOI:10.1002/adfm.202008983)上。