ACS Nano：协同多位点的Fe2Mo6S8电催化剂用于NRR

2023年10月10日下午7:35 • 顶刊解读

N₂在环境条件下的电化学加氢对于可持续和可分配的NH₃生产具有吸引力，但N₂在水性电解质中的环境电催化活化和转化同样面临着重大挑战，特别是缺乏用于高选择性NH₃生产的合适电催化剂。

在此，北伊利诺伊大学Yingwen Cheng团队描述了基于Chevrel相硫族化物Fe₂Mo₆S₈的活性位点基序，其表现出在水性电解质中将N₂转化为NH₃的固有活性。

尽管比表面积非常低，约为2 m² g^-1，但该催化剂的法拉第效率可达12.5%，NH₃的平均速率为70 μg h^-1 mg^-1_cat（-0.20 V下）。¹⁵N₂同位素标记试验的一系列对照实验证实了由N₂形成NH₃，并且催化剂表现出稳定的NH₃生产至少50小时。

这种活性归因于Fe₂Mo₆S₈的独特组成和结构，其为活化和缔合关键反应中间体提供协同多位点。具体而言，Fe/Mo位点有助于N₂的吸附和活化，而S位点可稳定氢中间体H_ad*以进行N₂氢化。Fe₂Mo₆S₈中的Fe增强了S与H_ad*的结合，从而抑制了竞争性析氢反应。

Fe₂Mo₆S₈中Fe、Mo和S位点的空间几何促进N₂-H_ad*缔合中间体的转化，达到约0.23 s^-1的NH₃生产周转频率。Fe₂Mo₆S₈的独特结构催化剂进一步了解氮气的活化机制，这可转化为未来可持续NH₃生产的实用设计原则。

Synergistic Multisites Fe₂Mo₆S₈ Electrocatalysts for Ambient Nitrogen Conversion to Ammonia. ACS Nano, 2021. DOI:10.1021/acsnano.1c07771