作為取代Haber-Bosch過程的可行方法之一，電化學(xué)合成氨近來引起了極大的研究興趣。然而，大多數(shù)電催化劑顯示出低的合成氨產(chǎn)率。在這項研究中，報道了氯摻雜還原氧化石墨烯，可以有效催化電還原氮氣合成氨。施加電位為-0.3 V（vs RHE），摻氯的還原氧化石墨烯實現(xiàn)了合成氨產(chǎn)率達(dá)70.9 μg h-1 mgcat-1（2.84 μg h-1 cm-2），法拉第效率（FE）為5.97％，該性能優(yōu)于大多數(shù)無金屬催化劑。實驗結(jié)果表明，氯摻雜大大增強(qiáng)了缺陷結(jié)構(gòu)，這有利于氮吸附。密度泛函理論計算證明了這一分析結(jié)果，進(jìn)一步揭示了吸附的氮通過遠(yuǎn)端途徑而還原。這些結(jié)果歸結(jié)為氯適宜的電負(fù)性，可以誘導(dǎo)相鄰碳原子的電子再分布，這有利于N2的電還原。該研究工作提出了一種新奇的非金屬碳素材料應(yīng)用于電還原氮氣合成氨。
Figure 1.（a）Cl-RGO的TEM圖像。（b）Cl-RGO樣品中C-（紅色），O（綠色）和Cl（黃色）的TEM EDS元素映射。（c）RGO和Cl-RGO的FT-IR光譜。（d）RGO和Cl-RGO的紫外可見光譜。
Figure 2.（a）Cl-RGO的C 1s XPS光譜。（b）Cl-RGO的Cl 2p XPS光譜。（c）RGO和Cl-RGO的拉曼光譜。（d）RGO和Cl-RGO的N2 TPD曲線。
Figure 3.（a）Cl-RGO在N2-和Ar飽和的0.05 M H2SO4溶液中的LSV曲線。 （b）Cl-RGO在不同施加電壓的計時電流曲線。（c）在各種施加電勢下Cl-RGO的NH3產(chǎn)率（左y軸）和FE（右y軸）。（d）Cl-RGO的循環(huán)穩(wěn)定性，施加電壓−0.3V。
Figure 4. （a-b）N2在不同位置處的吸附能，綠色和灰色的球體分別代表Cl和C原子。（c）NRR反應(yīng)期間，在Cl− C-C2位置吸附N2時發(fā)生遠(yuǎn)端機(jī)制的自由能圖。
該研究工作由北京航空航天大學(xué)Yujie Zhu課題組于2020年發(fā)表在ACS Catalysis期刊上。原文：Enhancing Nitrogen Electroreduction to Ammonia by Doping Chlorine on Reduced Graphene Oxide。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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