Optimizing oxygen vacancies through grain boundary engineering to enhance electrocatalytic nitrogen reduction

催化作用 材料科学 法拉第效率 电解质 晶界 析氧 氮气 化学工程 氧气 空位缺陷 X射线光电子能谱 电子转移 电解 电化学 化学 电极 冶金 物理化学 微观结构 结晶学 工程类 生物化学 有机化学
作者
Xiu Zhong,Enxian Yuan,Fu Yang,Yang Liu,Hao Lü,Jun Yang,Fei Gao,Yu Zhou,Jianming Pan,Jiawei Zhu,Chao Yu,Chengzhang Zhu,Aihua Yuan,Edison Huixiang Ang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:120 (40) 被引量:70
标识
DOI:10.1073/pnas.2306673120
摘要

Electrocatalytic nitrogen reduction is a challenging process that requires achieving high ammonia yield rate and reasonable faradaic efficiency. To address this issue, this study developed a catalyst by in situ anchoring interfacial intergrown ultrafine MoO 2 nanograins on N-doped carbon fibers. By optimizing the thermal treatment conditions, an abundant number of grain boundaries were generated between MoO 2 nanograins, which led to an increased fraction of oxygen vacancies. This, in turn, improved the transfer of electrons, resulting in the creation of highly active reactive sites and efficient nitrogen trapping. The resulting optimal catalyst, MoO 2 /C 700 , outperformed commercial MoO 2 and state-of-the-art N 2 reduction catalysts, with NH 3 yield and Faradic efficiency of 173.7 μg h −1 mg −1 cat and 27.6%, respectively, under − 0.7 V vs. RHE in 1 M KOH electrolyte. In situ X-ray photoelectron spectroscopy characterization and density functional theory calculation validated the electronic structure effect and advantage of N 2 adsorption over oxygen vacancy, revealing the dominant interplay of N 2 and oxygen vacancy and generating electronic transfer between nitrogen and Mo(IV). The study also unveiled the origin of improved activity by correlating with the interfacial effect, demonstrating the big potential for practical N 2 reduction applications as the obtained optimal catalyst exhibited appreciable catalytic stability during 60 h of continuous electrolysis. This work demonstrates the feasibility of enhancing electrocatalytic nitrogen reduction by engineering grain boundaries to promote oxygen vacancies, offering a promising avenue for efficient and sustainable ammonia production.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
2秒前
净刑完成签到,获得积分20
2秒前
badada发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
欧阳必胜发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
3秒前
sing完成签到,获得积分10
4秒前
冷酷曼卉发布了新的文献求助10
4秒前
旋881完成签到,获得积分10
5秒前
JamesPei应助冷酷代天采纳,获得10
5秒前
海鸥跳海完成签到,获得积分10
5秒前
丁牛青发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
7秒前
Hello应助心旷神怡采纳,获得10
7秒前
尹冰之完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
8秒前
小马甲应助dakjdia采纳,获得10
8秒前
Betty完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
海鸥跳海发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
10秒前
实物图发布了新的文献求助10
10秒前
司徒诗蕾发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
个性的海之完成签到,获得积分10
12秒前
Hello应助刻苦的穆采纳,获得10
12秒前
12秒前
彭于晏应助苏信怜采纳,获得10
12秒前
ryan发布了新的文献求助10
13秒前
hhhh完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
谢佳霖发布了新的文献求助10
14秒前
yummy小明8888完成签到 ,获得积分10
14秒前
wangdongjiao发布了新的文献求助10
14秒前
完美菜菜发布了新的文献求助10
14秒前
15秒前
高分求助中
2025-2031全球及中国金刚石触媒粉行业研究及十五五规划分析报告 40000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Introduction to strong mixing conditions volume 1-3 5000
Agyptische Geschichte der 21.30. Dynastie 3000
Les Mantodea de guyane 2000
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 2000
„Semitische Wissenschaften“? 1510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5750645
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5464898
关于积分的说明 15367334
捐赠科研通 4889553
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2629305
邀请新用户注册赠送积分活动 1577613
关于科研通互助平台的介绍 1534037