Rational Design of Atomic Site Catalysts for Electrocatalytic Nitrogen Reduction Reaction: One Step Closer to Optimum Activity and Selectivity

催化作用 合理设计 化学 选择性 氧化还原 产量(工程) 贵金属 过渡金属 纳米技术 组合化学 无机化学 材料科学 有机化学 冶金
作者
Yiran Ying,Ke Fan,Jinli Qiao,Haitao Huang
出处
期刊:Electrochemical energy reviews [Springer Nature]
卷期号:5 (3) 被引量:37
标识
DOI:10.1007/s41918-022-00164-4
摘要

Abstract The electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) has been one of the most intriguing catalytic reactions in recent years, providing an energy-saving and environmentally friendly alternative to the conventional Haber–Bosch process for ammonia production. However, the activity and selectivity issues originating from the activation barrier of the NRR intermediates and the competing hydrogen evolution reaction result in the unsatisfactory NH 3 yield rate and Faradaic efficiency of current NRR catalysts. Atomic site catalysts (ASCs), an emerging group of heterogeneous catalysts with a high atomic utilization rate, selectivity, and stability, may provide a solution. This article undertakes an exploration and systematic review of a highly significant research area: the principles of designing ASCs for the NRR. Both the theoretical and experimental progress and state-of-the-art techniques in the rational design of ASCs for the NRR are summarized, and the topic is extended to double-atom catalysts and boron-based metal-free ASCs. This review provides guidelines for the rational design of ASCs for the optimum activity and selectivity for the electrocatalytic NRR. Graphical Abstract Rational design of atomic site catalysts (ASCs) for nitrogen reduction reaction (NRR) has both scientific and industrial significance. In this review, the recent experimental and theoretical breakthroughs in the design principles of transition metal ASCs for NRR are comprehensively discussed, and the topic is also extended to double-atom catalysts and boron-based metal-free ASCs.
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