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ChemSusChem:基面活化的硼摻雜二硫化鉬納米片用于高效電化學合成氨2023-03-21
由于存在競爭性的HER,NRR在環境條件下在水性電解質中的活性和選擇性遠低于預期。實際上,研究者們已經開發了許多用于NRR催化的非貴金屬催化劑,其中,二硫化鉬(MoS2)是一種層狀石墨烯類材料,被認為是最有前途的非貴金屬高效電催化劑之一。最近,山東科技大學田健教授課題組在期刊ChemSusChem發表題為“Basal Plane-activated Boron-doped Molybdenum Disulfide Nanosheets for Efficient Electrochemical ammonia synthesis”的論文,該工作利用簡單的一步水熱法合成基面活化的硼摻雜MoS2納米片(B-MoS2)作為一種對N2電還原具有優異性能的非貴金屬催化劑。

 

 

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(1)利用簡單的一步水熱法合成基面活化的硼摻雜MoS2納米片(B-MoS2)作為一種對N2電還原具有優異性能的非貴金屬催化劑。通過改變硼的摻雜量合成了一系列B-MoS2-X納米片(X = 150,300,450)作為對比。

(2)在0.1 M Na2SO4溶液中,B-MoS2-300納米片在-0.75 V vs.?RHE時獲得了75.77 μg h-1?mg-1cat.的優異產氨率,以及在-0.60 V vs. RHE時達到了40.11%的出色法拉第效率。此外,B-MoS2-300納米片還表現出良好的選擇性和化學穩定性,反應過程中沒有副產物肼的生成,并且在6個循環和12小時長期電解實驗中產氨率和法拉第效率沒有明顯的下降。

(3)基面活化的硼摻雜MoS2納米片優異的電催化氮氣還原性能主要歸因于以下幾個方面:一方面金屬相1T-MoS2自身的高電導率保障了電子的傳輸速率;另一方面,硼的成功摻入擴大了MoS2的層面間距,并且硼原子可以作為活性位點起到基面活化作用,為NRR提供更多的活性位點。

(4)密度泛函理論計算表明,B的摻雜激活了1T-MoS2的基面,使得N2在基面上的吸附更容易,促進了NRR過程。在NRR過程中,在B摻雜的1T-MoS2的邊緣處氮吸附自由能的變化遠低于純1T-MoS2,這說明硼原子的摻入可以提高B摻雜的1T-MoS2的N2吸附能力。B摻雜的1T-MoS2的電勢決定步驟(PDS)比純1T-MoS2更低,進一步說明在B摻雜的1T-MoS2上N2活化和還原比純1T-MoS2更有利。

文信息

Basal Plane-Activated Boron-Doped MoS2?Nanosheets for Efficient Electrochemical Ammonia Synthesis

Xiaoyue Chen,?Shucao Lu,?Yanjiao Wei,?Mengjie Sun,?Xu Wang,?Dr. Min Ma,?Prof.?Dr. Jian Tian

ChemSusChem

DOI:?10.1002/cssc.202202265

 

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