Fe-N-C单原子催化剂电催化亚硝酸盐制氨

作     者：王雪佳 杨级 蒋远 董金超 李剑锋 

作者机构：厦门大学能源学院 厦门大学化学化工学院 

出 版 物：《厦门大学学报(自然科学版)》 (Journal of Xiamen University(Natural Science))

年 卷 期：2024年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主　　题：Fe-N-C 单原子催化剂 电催化 亚硝酸盐还原 合成氨 

摘      要：[目的] 为进一步拓展单原子催化剂在亚硝酸盐还原制氨领域的应用，提出了一种铁-氮-碳（Fe-N-C）单原子催化剂电催化亚硝酸盐还原制氨的新体系。[方法] 以二氧化硅为硬模板，2，6-二氨基吡啶为碳氮前驱体，硝酸铁为金属盐，通过“热解-刻蚀策略制备了Fe-N-C单原子催化剂，并将其应用于亚硝酸盐制氨反应。[结果] 多种结构表征结果显示，Fe-N-C催化剂表面的Fe物种呈现高度分散特征并以单原子形式存在。此外，Fe物种的化学环境主要是+2和+3价混合态，且通过与4个吡啶氮配位而稳定存在，即Fe-N-C催化剂的金属中心微观配位环境为Fe-N4结构。本研究所制备得到的Fe-N-C催化剂具有优异的亚硝酸盐还原性能，相对于纯氮碳载体（N-C）而言，不仅表现出更高的起始还原电位（0.0 V vs. RHE），具有接近100%的氨法拉第效率和高的氨产率[8.4 mg/(h·cm2)]，并且在连续20次催化循环测试中显示出优异的催化稳定性。[结论] 本研究制备的Fe-N-C单原子催化剂对亚硝酸盐还原制氨具有优异的电催化活性，其高活性可能来源于对NO2-的显著吸附，并进一步促进活性氢参与脱氧加氢过程。该Fe-N-C单原子催化亚硝酸盐还原体系可为后续合成氨的活性中心设计提供指导方向。