Entropy‐Driven Direct Air Electrofixation

环境科学 计算机科学
作者
Yuntong Sun,Ming Li,Jingjing Duan,Markus Antonietti,Sheng Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (20): e202402678-e202402678 被引量:18
标识
DOI:10.1002/anie.202402678
摘要

Abstract According to the principles of chemical thermodynamics, the catalytic activation of small molecules (like N 2 in air and CO 2 in flue gas) generally exhibits a negative activity dependence on O 2 owning to the competitive oxygen reduction reaction (ORR). Nevertheless, some catalysts can show positive activity dependence for N 2 electrofixation, an important route to produce ammonia under ambient condition. Here we report that the positive activity dependence on O 2 of (Ni 0.20 Co 0.20 Fe 0.20 Mn 0.19 Mo 0.21 ) 3 S 4 catalyst arises from high‐entropy mechanism. Through experimental and theoretical studies, we demonstrate that under the reaction condition in the mixed N 2 /O 2 , the adsorption of O 2 on high‐entropy catalyst contributes to activating N 2 molecules characteristic of elongated N≡N bond lengths. As comparison to the low‐ and medium‐entropy counterparts, high entropy can play the second role of attenuating competitive ORR by displaying a negative exponential entropy‐ORR activity relationship. Accordingly, benefiting from the O 2 , the system for direct air electrofixation has demonstrated an ammonia yield rate of 47.70 μg h −1 cm −2 , which is even 1.5 times of pure N 2 feedstock (31.92 μg h −1 cm −2 ), overtaking all previous reports for this reaction. We expect the present finding providing an additional dimension to high entropy that leverages systems beyond the constraint of traditional rules.
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