氨不僅是生產(chǎn)化肥的原料，同時也被認(rèn)為是有潛力的高密度的儲氫材料。近年來，在電化學(xué)裝置中進(jìn)行氮還原反應(yīng)獲取氨氣吸引了人們的注意。若通過風(fēng)能、潮汐能和太陽能提供電力，這將是一條綠色的能源儲存鏈。與之相比，傳統(tǒng)的Haber-Bosch法需要在苛刻反應(yīng)條件下進(jìn)行。顯然，電化學(xué)方法減輕了碳排放，有利于實現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)，然而對電化學(xué)氮還原反應(yīng)進(jìn)行的研究停留在有效的催化劑的開發(fā)。目前催化劑存在兩個主要的限制因素，一是作為原材料的氮?dú)夥浅７€(wěn)定，它的氮-氮鍵能高達(dá)945 KJ mol-1，因此很難被激活；二是在水溶液條件下，存在競爭的析氫反應(yīng)(HER)，它大量占據(jù)活性位點，限制了氮還原反應(yīng)的進(jìn)行。有效的催化劑亟待開發(fā)，以攻克上述挑戰(zhàn)。
孿晶作為一種最穩(wěn)定的缺陷，它在活性位點上引入了懸空鍵，極大的增強(qiáng)了吸附能。同時，單原子合金作為一種成功的高效催化劑，具有催化氮還原反應(yīng)的潛力。受此啟發(fā)，吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院蔣青教授課題組在銅的孿晶界處摻雜過渡金屬單原子作為活性位點，對其氮還原反應(yīng)的催化性能進(jìn)行了理論計算。在本研究中，篩選了50種不同的催化劑模型，其中錸摻雜的銅(111)晶界表現(xiàn)出最高的氮還原催化性能。同時，它可以有效的抑制析氫反應(yīng)，具有實驗可行性。該催化劑的優(yōu)異性能源自孿晶處特殊的電子結(jié)構(gòu)，在氮?dú)獾姆存I軌道上轉(zhuǎn)移了非平衡的活性電子，有效的激活了氮-氮鍵。該研究不僅設(shè)計了一種高效的氮還原反應(yīng)催化劑，也為孿晶在催化領(lǐng)域的應(yīng)用提供了深刻的見解。 論文信息 Tailoring Electronic Structure of Copper Twin Boundaries Toward Highly Efficient Nitrogen Reduction Reaction Dr. Tianyi Dai, Prof.?Dr. Zhili Wang, Prof.?Dr. Zi Wen, Prof.?Dr. Xingyou Lang, Prof.?Dr. Qing Jiang ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202201189
