近年來(lái)，電催化N2還原（ENRR）成為科學(xué)研究新興的熱點(diǎn)方向。ENRR可以利用可再生電能，在常溫常壓下將N2轉(zhuǎn)化為具有高附加值的NH3，是節(jié)能環(huán)保的固氮技術(shù)。但是，大部分的ENRR催化劑的活性和選擇性較低，緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)限制了ENRR技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。先前的理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，鎢基材料是有效的ENRR催化劑，但該類材料上中間體的質(zhì)子化是速率決定步驟。為了提高該類催化劑的整體性能，關(guān)鍵是如何增強(qiáng)中間體的吸附，以促進(jìn)反應(yīng)過(guò)程中間體質(zhì)子化。
基于此，北京化工大學(xué)嚴(yán)乙銘教授團(tuán)隊(duì)以WS2-WO3異質(zhì)結(jié)為研究對(duì)象，利用WS2-WO3異質(zhì)結(jié)中形成的界面電場(chǎng)，有效的改善了材料的ENRR性能。該工作首先基于理論計(jì)算模型，深入研究催化劑中界面電場(chǎng)的形成原理，以及界面電場(chǎng)在ENRR中的作用機(jī)制，為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供理論指導(dǎo)。 進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表征結(jié)果表明，與純的WS2和WO3相比，在WS2-WO3異質(zhì)結(jié)的界面互相耦合時(shí)，異質(zhì)相之間功函數(shù)的差異會(huì)誘導(dǎo)形成界面電場(chǎng)。界面電場(chǎng)的存在對(duì)于改善材料的電子屬性以及其電化學(xué)性能具有重要的作用。 原位測(cè)試和密度泛函理論（DFT）計(jì)算結(jié)果表明，WS2-WO3異質(zhì)結(jié)中的界面電場(chǎng)會(huì)使活性W位點(diǎn)的d帶中心上移，改善W位點(diǎn)對(duì)中間體的吸附性能。尤其是能夠增強(qiáng)ENRR過(guò)程中*NH和*NH2中間體在W活性位的吸附，從而提升其決速步驟的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，增強(qiáng)催化劑的活性和選擇性。 該工作給出了一種提升W基催化劑ENRR性能的有效策略。基于WS2-WO3異質(zhì)結(jié)模型，深入分析和探討ENRR過(guò)程中界面電場(chǎng)對(duì)d帶中心，以及中間體吸附性能的影響，闡明了電化學(xué)催化反應(yīng)中界面電場(chǎng)的增效機(jī)制。該工作為設(shè)計(jì)用于能源存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化的新型高性能電催化劑提供了新思路。 論文信息 Optimizing Electrocatalytic Nitrogen Reduction via Interfacial Electric Field Modulation: Elevating d-Band Center in WS2-WO3 for Enhanced Intermediate Adsorption Dr. Xiaoxuan Wang, Shuyuan Li, Zhi Yuan, Yanfei Sun, Zheng Tang, Xueying Gao, Huiying Zhang, Jingxian Li, Dr. Shiyu Wang, Dr. Dongchun Yang, Dr. Jiangzhou Xie*, Dr. Zhiyu Yang*, Prof. Dr. Yi-Ming Yan* 北京化工大學(xué)博士研究生王曉璇為文章的第一作者，北京化工大學(xué)嚴(yán)乙銘教授，楊志宇助理研究員和新南威爾士大學(xué)的謝江舟博士為共同通訊作者。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202303794
