Atomically Dispersed Fe1Mo1 Dual Sites for Enhanced Electrocatalytic Nitrogen Reduction

材料科学 催化作用 双金属片 氮气 电催化剂 密度泛函理论 法拉第效率 结合能 氨生产 吸附 电子结构 固氮酶 氧化还原 金属 无机化学 化学工程 电极 电化学 固氮 物理化学 计算化学 有机化学 原子物理学 冶金 物理 工程类 化学
作者
Zihao Fan,Huiyuan Cheng,Bo Pang,Chong Gao,Weiming Yu,Xuemei Wu,Wanting Chen,Fujun Cui,Shuai Fan,Gaohong He
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.4c16551
摘要

The electrocatalytic nitrogen reduction reaction (eNRR) is an attractive strategy for the green and distributed production of ammonia (NH3); however, it suffers from weak N2 adsorption and a high energy barrier of hydrogenation. Atomically dispersed metal dual-site catalysts with an optimized electronic structure and exceptional catalytic activity are expected to be competent for knotty hydrogenation reactions including the eNRR. Inspired by the bimetallic FeMo cofactor in biological nitrogenase, herein, an atomically dispersed Fe1Mo1 dual site anchored in nitrogen-doped carbon is proposed to induce a favorable electronic structure and binding energy. The as-prepared electrocatalyst (FeMo-NC) presents a maximum NH3 yield rate of 1.07 mg h–1 mgmetal–1 together with a Faradaic efficiency of 21.7% at −0.25 V vs RHE, outperforming many reported atomically dispersed non-noble metal electrocatalysts. Further density functional theory (DFT) calculations reveal that the Fe1Mo1 dual site activates *N2 most strongly via a side-on adsorption configuration and optimizes the binding energy of eNRR intermediates, thus lowering the limiting barrier during the overall hydrogenation and promoting NH3 generation.
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