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內(nèi)大張軍/高瑞/劉寶倉(cāng)Adv. Sci.: 原子Bi摻雜，穩(wěn)定又高效！Bi單原子與TiN納米棒的電子耦合促進(jìn)NRR

電催化氮還原反應(yīng)(NRR)是傳統(tǒng)Haber-Bosch工藝的有前途的替代方案。然而，緩慢的動(dòng)力學(xué)和競(jìng)爭(zhēng)性析氫反應(yīng)(HER)導(dǎo)致NH₃產(chǎn)率低和法拉第效率(FE)低。因此，對(duì)于氮還原反應(yīng)(NRR)，設(shè)計(jì)并開發(fā)具有高效率和高選擇性的電催化劑至關(guān)重要。

基于此，內(nèi)蒙古大學(xué)張軍、高瑞和劉寶倉(cāng)等將單個(gè)Bi原子摻入中空氮化鈦納米棒封裝在碳布(NC/Bi SAs/TiN/CC)上的氮摻雜碳層(NC)中，用于電催化NRR。

該催化劑作為集成電極時(shí)，在-0.8 V_RHE下具有76.15 μg mg_cat^-1 h^-1(9859 μg μmol_Bi^-1 h^-1)的優(yōu)異氨產(chǎn)率和24.60%的高法拉第效率，在0.1 M Na₂SO₄溶液中在-0.5 V_RHE下連續(xù)運(yùn)行10小時(shí)后仍能保持穩(wěn)定的性能，超過了絕大多數(shù)報(bào)道的Bi基NRR催化劑。

另外，在-0.8 V_RHE的電位下進(jìn)行10小時(shí)的長(zhǎng)期NRR測(cè)試后，NC/Bi SAs/TiN/CC的電流密度仍保持在初始值的94.2%，表明其具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

研究人員將各種表征與理論計(jì)算相結(jié)合，揭示了具有多孔結(jié)構(gòu)的獨(dú)特整體核殼構(gòu)型賦予了豐富的活性位點(diǎn)、出色的電荷轉(zhuǎn)移性能和良好的穩(wěn)定性，而Bi SAs和TiN的協(xié)同作用可以促進(jìn)TiN表面上N₂氫化成NH₃*以及在Bi SA位點(diǎn)上解吸NH₃*以釋放NH₃。

本文展示的設(shè)計(jì)開辟了一條可行的途徑，通過合理設(shè)計(jì)各種電化學(xué)反應(yīng)的單原子的結(jié)構(gòu)、組成和電子構(gòu)型來制造各種3D自支撐單原子電催化劑。

Boosting Nitrogen Reduction Reaction via Electronic Coupling of Atomically Dispersed Bismuth with Titanium Nitride Nanorods. Advanced Science, 2021. DOI:10.1002/advs.202104245

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/16/0fbdeec9ee/

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