利用太陽能驅(qū)動的光電化學(xué)(PEC)N₂還原反應(yīng)(NRR)生成NH₃是替代傳統(tǒng)工業(yè)Haber-Bosch工藝的有希望的途徑。然而，該PEC NRR系統(tǒng)的NH₃產(chǎn)率較低，這限制了該技術(shù)的進一步發(fā)展和實際應(yīng)用。

基于此，山東大學(xué)程合鋒和香港城市大學(xué)何志浩等采用鋰化策略將惰性MoO₃納米片活化為高效的Li_xMoO₃電催化劑(該過程會導(dǎo)致劇烈的結(jié)構(gòu)變形和大量的氧空位產(chǎn)生)，用于光電催化NH₃的高效合成。

與氧化的MoO₃相比，鋰化的Li_xMoO₃中存在大量氧空位和Mo⁵⁺離子，并且結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯畸變。電化學(xué)NRR實驗表明，在N₂飽和LiClO₄溶液中，所制備的Li_xMoO₃納米片在-0.25 V vs. RHE下的NH₃產(chǎn)率為3.48 μg cm^-2 h^-1，產(chǎn)氨的法拉第效率為19.0%，產(chǎn)率和法拉第效率都比氧化的MoO₃納米片高9倍。

密度泛函理論(DFT)計算表明，鋰化的Li_xMoO₃納米片促進N₂的吸附/活化以及隨后的*N₂H形成。同時，競爭性HER被大大抑制，從而導(dǎo)致Li_xMoO₃比氧化的MoO₃具有更高的NRR活性和NH₃選擇性。此外，研究人員構(gòu)建了在空間上將光吸收劑和電催化劑解耦的n⁺np⁺-Si光陰極，集成的Li_xMoO₃/n⁺np⁺-Si光電陰極可以實現(xiàn)有效的無偏壓NRR性能，NH₃產(chǎn)率為8.7 μg cm^-2 h^-1以及24.4%的法拉第效率。

該項工作中的具有空間解耦配置的集成Li_xMoO₃/n⁺np⁺-Si光電陰極是迄今為止報道的最有效的無偏壓PEC NH₃生產(chǎn)系統(tǒng)之一，并且該項工作為構(gòu)建高效無偏壓光電化學(xué)氨生成催化劑提供指導(dǎo)。

An Integrated Si Photocathode with Lithiation-Activated Molybdenum Oxide Nanosheets for Efficient Ammonia Synthesis. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107639