南昌大學(xué)王珺團隊與浙江大學(xué)周少東團隊合作在ChemSusChem 期刊發(fā)文對NiCo-LDH材料在氮還原領(lǐng)域的應(yīng)用展開討論，文章通過原位拉曼手段測定NRR反應(yīng)位點，并根據(jù)該位點建立理論計算模型，提出了N2在LDH材料上的催化反應(yīng)過程機理。
哈伯法（Haber-Bosch process）作為上世紀(jì)最偉大的工業(yè)固氮工藝一直流傳至今，大部分化工廠的合成氨工段仍采用該工藝流程進行制氨。然而，該過程涉及到高溫高壓的能源密集型條件，每年全球用在該過程的天然氣占全年產(chǎn)量的3%～5%，并消耗全球一年能源供應(yīng)的1%以上。此外，該過程制取氨氣時會不可避免地釋放大量CO2，每生產(chǎn)1噸氨氣會釋放1.5噸左右的溫室氣體。因此，近幾年提出的以氮氣為原料通過綠色環(huán)保的電化學(xué)手段將其催化轉(zhuǎn)化為氨氣的研究課題受到廣泛關(guān)注，但由于該過程的反應(yīng)位點捕捉難度較大，反應(yīng)機理的推導(dǎo)仍處于探索階段。 受到過渡金屬化合物在NRR領(lǐng)域的作用啟發(fā)，南昌大學(xué)王珺教授團隊用不同比例的Co、Ni合成了系列NiCo-LDH作為NRR過程的催化劑，在其表現(xiàn)出高效的催化性能后攜手浙江大學(xué)周少東教授團隊進行相關(guān)理論計算，在利用原位拉曼捕捉到Co作為NRR的催化位點后圍繞該條件建立計算模型。計算結(jié)果顯示，NiCo-LDH中存在Co-Co-Co、Co-Co-Ni、Co-Ni-Ni、Ni-Ni-Ni四種反應(yīng)單元，Co和Ni的電負性差異使Co的外層電子向Ni偏移，使Co吸附位點在費米能級附近產(chǎn)生更高的空軌道分布密度，由此促進NRR的過程。而Ni的引入穩(wěn)定了N2*加氫過程中中間體的吸附，有利于電子耦合電荷轉(zhuǎn)移過程。此外，計算結(jié)果表明，比較四種反應(yīng)單元HER的能量勢壘，Co-Co-Co＜Co-Co-Ni＜Co-Ni-Ni＜Ni-Ni-Ni，這意味著隨著Ni元素的引入，HER的能量勢壘得到明顯提高，抑制HER作為NRR競爭反應(yīng)的發(fā)生，由此促進NRR過程的進行。該研究為LDH材料在NRR領(lǐng)域的應(yīng)用提供了相關(guān)機理支持，有助于在氮還原反應(yīng)上更高效LDH材料催化劑的設(shè)計。 論文信息： Delicate Tuning of the Ni/Co Ratio in Bimetal Layered Double Hydroxides for Efficient N2 Electroreduction Zhi Zou, Lei Wu, Fangqi Yang, Chenliang Cao, Qiangguo Meng, Junhui Luo, Weizhen Zhou, Zhikun Tong, Dr. Jingwen Chen, Dr. Shixia Chen, Prof. Shaodong Zhou, Prof. Jun Wang, Prof. Shuguang Deng ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202200127
