Filling the nitrogen vacancies with sulphur dopants in graphitic C3N4 for efficient and robust electrocatalytic nitrogen reduction

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作者
Ke Chu,Qing-qing Li,Yaping Liu,Jing Wang,Yonghua Cheng
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:267: 118693-118693 被引量:230
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2020.118693
摘要

Exploring active and durable metal-free electrocatalysts represents a promising direction for electrocatalytic N2 reduction reaction (NRR). Herein, by filling the nitrogen vacancies (NVs) with S dopants in graphitic C3N4, we showed that the resultant S-NV-C3N4 could be an efficient and robust metal-free NRR catalyst in neutral solution. S-NV-C3N4 with a high S concentration of 5.2 at.% exhibited a fascinating NRR performance with an NH3 yield of 32.7 μg h−1 mg−1 and a Faradaic efficiency of 14.1 % at −0.4 V (vs. RHE), considerably outperforming pristine C3N4 and NV-containing C3N4. S-NV-C3N4 also showed exceptional durability for at least 20 h, in stark contrast to the inferior stability of NV-containing C3N4. Density functional theory calculations disclosed that the filled S dopants could break the scaling relation to effectively stabilize *N2H and destabilize *NH2 on S-NV-C3N4, leading to more optimized adsorption of NRR intermediates and a significantly reduced energy barrier. Meanwhile, the competitive HER can be effectively suppressed on S-NV-C3N4 due to the high energy barrier for water dissociation.
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