Single Ru–N4 Site-Embedded Porous Carbons for Electrocatalytic Nitrogen Reduction

电催化剂 材料科学 多孔性 还原(数学) 氮气 氧还原反应 多孔介质 化学工程 碳纤维 无机化学 电化学 纳米技术 物理化学 化学 有机化学 电极 数学 复合材料 复合数 几何学 工程类
作者
Zhiya Han,Senhe Huang,Jichao Zhang,Fu Wang,Sheng Han,Peng Wu,Mingyuan He,Xiaodong Zhuang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (10): 13025-13032 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acsami.2c21744
摘要

Ammonia is an effective feedstock for chemicals, fertilizers, and energy storage. The electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) is an alternative, efficient, and clean technology for ammonia production, relative to the traditional Haber-Bosch method. Single-metal catalysts are widely studied in the field of NRR. However, very limited conclusions have been made on how to precisely modulate the coordination environment of the single-metal-atom sites to boost catalytic NRR performance. Herein, we report a 5,7-membered carbon ring-involved porous carbon (PC) preparation toward single-atom Ru-embedded PCs. As electrocatalysts, such materials exhibit surprisingly promising catalytic NRR properties with an NH3 yield rate of up to 67.8 ± 4.9 μg h-1 mgcat-1 and a Faradaic efficiency of 19.5 ± 0.6%, exceeding those of most of the reported single-atom NRR catalysts. Extended X-ray absorption fine structure demonstrates that the presence of topological defects increases the Ru-N bond from 1.48 to 1.56 Å, modulating the coordination environment of the single-atom Ru active sites. Density functional theory-calculated results demonstrate that the adsorption of N2 onto single-atom Ru surrounded by topological defects extends the N≡N bond to 1.146 Å, weakening the strength of N≡N and making it susceptible to the NRR. All in all, this work provides a new design strategy by involving topological defects and corresponding large polarization around the Ru single atom to boost the catalytic NRR performance. Such a concept can also be applied to many other kinds of catalysts for energy storage and conversion.
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
向日葵完成签到,获得积分10
2秒前
Ywffffff发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
Aeson发布了新的文献求助10
3秒前
liuliu完成签到,获得积分10
4秒前
LL完成签到,获得积分20
5秒前
5秒前
LL发布了新的文献求助10
7秒前
勤奋的如松完成签到,获得积分10
8秒前
小肆完成签到 ,获得积分10
8秒前
会飞的小猪完成签到,获得积分0
9秒前
共享精神应助略略略采纳,获得10
10秒前
科研通AI5应助小黄采纳,获得10
11秒前
vlots应助kingwill采纳,获得30
14秒前
丘比特应助Gilbert采纳,获得30
15秒前
16秒前
16秒前
研友_LBKR9n发布了新的文献求助10
19秒前
筱筱发布了新的文献求助20
20秒前
xiongxianmei发布了新的文献求助10
20秒前
紧张的天与完成签到,获得积分10
20秒前
21秒前
吖吖发布了新的文献求助20
21秒前
852应助carbon-dots采纳,获得10
21秒前
栀晴完成签到 ,获得积分10
22秒前
甜甜圈完成签到 ,获得积分10
24秒前
略略略发布了新的文献求助10
25秒前
科研通AI5应助简单从丹采纳,获得10
25秒前
27秒前
xiongxianmei完成签到,获得积分10
28秒前
28秒前
永远发布了新的文献求助10
31秒前
32秒前
mono发布了新的文献求助10
33秒前
高挑的白旋风完成签到,获得积分10
34秒前
37秒前
永远完成签到,获得积分10
37秒前
mmyhn应助丙1丙2丙采纳,获得10
38秒前
充电宝应助JXDeng采纳,获得10
39秒前
WSX完成签到,获得积分20
40秒前
高分求助中
All the Birds of the World 4000
Production Logging: Theoretical and Interpretive Elements 3000
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 2000
Am Rande der Geschichte : mein Leben in China / Ruth Weiss 1500
CENTRAL BOOKS: A BRIEF HISTORY 1939 TO 1999 by Dave Cope 1000
Machine Learning Methods in Geoscience 1000
Resilience of a Nation: A History of the Military in Rwanda 888
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3738291
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3281789
关于积分的说明 10026606
捐赠科研通 2998667
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1645317
邀请新用户注册赠送积分活动 782748
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 749901