在多晶硫化物上以中性pH进行酸盐-氨电转换,该硫化物来源于二硫化物

科学领域:

• 电化学和材料科学 材料科学
• 促进可持续化学合成的催化剂.

背景情况:

• 电化学酸盐还原反应 (NO₃RR) 是从废酸盐中合成氨的有希望的途径.
• 开发高效和选择性的电催化剂对于推进NO3RR技术至关重要.

研究的目的:

• 为了研究来自化VS2的多晶硫化物 (VSx) 的NO₃RR性能.
• 用实验和计算方法阐明VS_x上的NO₃RR的活性位点和反应机制.

主要方法:

• 通过溶热生长和VS₂的回火合成VS_x.
• NO₃RR活性和法拉第效率的电化学表征.
• 使用XPS,NEXAFS,SAED和XRD进行材料表征.
• 大规律密度功能理论 (GC-DFT) 计算以确定活性位点和反应途径.

主要成果:

• 化VS_x表现出优异的NO₃RR活性 (2.3 ± 0.6 mg·cm^-2geo.·h^-1 @ -0.92 V_RHE) 和NH_{4⁺的高法拉第效率 (69 ± 6%在-0.69 VRHE).}
• 鉴定证实了VS_x阶段,并揭示了化减少了氧化物特征并产生了活性位点.
• GC-DFT研究表明,VS₂中的硫空缺是NO₃^-吸附的活跃地点,超过了H⁺吸附.
• 化VS_x中的不和V位点可能模仿S-空位点的电子结构,有助于增强活动.

结论:

• 由化VS2衍生出的多晶VS_x是中性pH下NO₃RR转化为NH₄⁺的有效电催化剂.
• 硫空缺和潜在的不和V位被确定为酸盐结合和减少的关键活性中心.
• 反应机制可能涉及一个初始的电子转移步骤,而不是一个质子合的,在速度限制阶段.