在基于金属-酸的二维合有机框架上促进的电催化转化
Haixia Zhong, Mingchao Wang, Mahdi Ghorbani-Asl1
1Institute of Ion Beam Physics and Materials Research, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V., Bautzner Landstr. 400, 01328 Dresden, Germany.
Journal of the American Chemical Society
|November 16, 2021
概括
我们开发了具有M-N4-C中心的新型晶体二维共有机框架 (二维c-COF),用于高效的电化学降解反应 (NRR). 在Fe-N4-C中心展示了卓越的氨产量,为哈伯-博斯工艺提供了可持续的替代方案.
科学领域:
- 材料科学
- 电化学
- 催化剂
背景情况:
- 电化学降解反应 (NRR) 为生产氨的哈伯-博斯工艺提供了一个可持续的替代方案.
- 合金属原子的碳材料是有前途的NRR电催化剂,但同时增强活性和选择性仍然具有挑战性.
- 在NRR电催化剂中定制活点的精确设计原则尚未完全理解.
研究的目的:
- 为电化学NRR开发新的,明确的和有效的电催化剂.
- 研究以M-N4-C中心作为NRR电催化剂的晶体二维联有机框架 (2D c-COF).
- 了解结构-活动关系以优化NRR性能.
主要方法:
- 使用金属氨酸和烯单元合成包含各种M-N4-C中心的2Dc-COF (M=Fe,Co,Ni,Mn,Zn,Cu).
- 电化学评估NRR活动和选择性,包括氨产率和法拉第效率.
- 在现场表征技术 (X射线吸收光谱,拉曼光谱电化学) 和理论计算.
主要成果:
- 合成的2D c-COF与Fe-N4-C中心显著增强了NRR活性和选择性.
- Fe-N4-C催化剂的氨产率为33.6μg h-1 mg-1和法拉第效率为31.9%在-0.1V与RHE之间.
- 现场研究和计算显示Fe-N4-C中心具有独特的电子结构,可促进N2激活和NRR动力学.
结论:
- 具有M-N4-C中心的晶体2Dc-COF是NRR的高效电催化剂.
- 该Fe-N4-C中心表现出卓越的性能,使其成为最好的NRR电催化剂之一.
- 这项工作为M-N-C站点的NRR机制提供了基本的见解,为设计先进的NRR催化剂铺平了道路.
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