電催化氮還原反應(yīng)(NRR)被視為是在環(huán)境條件下生產(chǎn)氨(NH3)的有前景的策略。然而，由于缺乏高效的NRR電催化劑，N2在催化劑表面的難吸附和活化以及競爭性析氫反應(yīng)(HER)嚴(yán)重阻礙了NRR的發(fā)展。基于此，清華大學(xué)呂瑞濤和李佳等通過水熱和煅燒方法構(gòu)建了嵌入還原氧化石墨烯(RGO)的Mo2C-MoO2量子點異質(zhì)結(jié)構(gòu)，作為電催化NRR的有效催化劑。
通過調(diào)節(jié)Mo前驅(qū)體的添加量，Mo2C-MoO2的尺寸可以減小到量子點，從而能夠暴露出豐富的活性位點以促進(jìn)反應(yīng)動力學(xué)，并且Mo2C和MoO2的協(xié)同作用可以促進(jìn)N2吸附和活化并同時抑制競爭性HER；作為Mo2C-MoO2量子點的載體，RGO不僅可以降低離子擴(kuò)散阻力，還可以促進(jìn)電催化NRR過程中的界面電荷傳輸。因此，Mo2C-MoO2在-0.15 V vs. RHE下，NH3產(chǎn)率為13.94±0.39 μg h-1 mg-1；其在-0.1 V vs. RHE時的NH3法拉第效率為12.72±0.58%。實驗結(jié)果和密度泛函理論(DFT)計算表明，具有側(cè)向構(gòu)型Mo2C(001)表面具有-1.47 eV的高N2吸附能，并且N≡N鍵長延長至1.254 ?，表明Mo2C表面上的N2吸附和活化得到了增強(qiáng)。另一方面，低MoO2(-111)表面上的低ΔGH*表明MoO2的HER過程受阻。這項工作可能為提高M(jìn)o基材料的電催化NRR性能提供有效的催化劑設(shè)計策略，并且這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)建和尺寸控制的策略有可能擴(kuò)展到其他過渡金屬基催化劑，以提高NRR活性和選擇性。Mo2C-MoO2 Heterostructure Quantum Dots for Enhanced Electrocatalytic Nitrogen Reduction to Ammonia. ACS Nano, 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c07973
