碳基纳米材料电催化氮气还原合成氨研究进展

• 作者: 于丰收 周志翔 张鲁华
• 来源期刊: 科学通报
• 关键词: 电催化 氮气还原 氨合成 碳基纳米催化剂 结构缺陷设计
• 年，卷（期）: 2021,（24）
• 所属期刊栏目: 评述
• 页码范围: 3111-3122
• 页数: 12页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1360/TB-2020-1580

摘要

以可再生电能为能源,H2O为质子和电子源,温和条件下将氮气(N2)还原为氨气(NH3)将成为替代传统高能耗合成氨工艺(Haber-Bosch方法)的有效途径之一.N2分子的高反应活化能和析氢反应(hydrogen evolution reaction,HER)导致的产NH3速率和法拉第效率低,是目前电催化氮气还原(nitrogen reduction reaction,NRR)合成NH3面临的主要挑战.过渡金属基催化剂可通过反馈π电子过程吸附、活化N2分子,然而d轨道电子同样有利于质子吸附,进而促进HER竞争反应,导致合成NH3法拉第效率降低.碳基纳米材料因其出色的电导率、优异的化学稳定性以及可调的电子结构、形貌特征,成为当前电催化NRR合成NH3领域的研究热点.结合上述研究工作,本文从电催化NRR合成NH3机理出发,介绍了碳基纳米材料的种类和结构,重点综述了碳基纳米材料电催化NRR合成NH3活性提高策略,包括杂原子掺杂、单原子活性中心设计、缺陷工程.最后总结了该领域目前存在的问题与挑战以及未来发展趋势.