单原子催化剂助力氮电还原反应
介观与纳米尺度物理
2020-02-18 v4 材料科学
原子与分子团簇
摘要
氨（NH3）主要在苛刻条件下通过传统 Haber-Bosch 工艺生产，能耗巨大且排放大量二氧化碳（CO2）。氮电还原反应（NERR）作为一种在常温常压下将氮（N2）转化为 NH3 的节能、环境友好过程，已被视为 Haber-Bosch 工艺的一种有前景的替代方案，近年来受到广泛关注。尽管已取得一些令人振奋的进展，在提高 NH3 产率和法拉第效率、理解反应机理以及促进 NERR 广泛商业化方面仍存在大量科学和技术挑战。单原子催化剂（SACs）因其原子级分散的活性位点、最大化的原子效率、不饱和配位环境以及独特的电子结构，可显著提高反应速率和 NH3 产率，已成为一种有前景的催化剂。在本综述中，我们简要介绍 SACs 独特的结构与电子特征，这有助于凭借其结构的简单性与多样性全面理解反应机理，进而加速在原子尺度上合理设计优异催化剂。然后，我们总结了近期在开发具有优异 NERR 性能的新型 SACs 方面的实验与计算努力，包括贵金属基、非贵金属基和非金属基 SACs。最后，我们提出了 SACs 在 NERR 上面临的挑战与展望，以及一些用于先进 NERR 催化剂的潜在手段。
引用
@article{arxiv.2001.00130,
title = {Single-atom catalysts boost nitrogen electroreduction reaction},
author = {Yanling Zhai and Zhijun Zhu and Chengzhou Zhu and Kyle Chen and Xueji Zhang and Jing Tang and Jun Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.00130},
year = {2020}
}