Valence engineering at the interface of MoS2/Mo2C heterostructure for bionic nitrogen reduction

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作者
Tong Ye,Kun Ba,Xiaoyong Yang,Taishi Xiao,Yangye Sun,Hanqi Liu,Can Tang,Binghui Ge,Ping Zhang,Tao Duan,Zhengzong Sun
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:452: 139515-139515 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.139515
摘要

The natural nitrogenase is still the most efficient catalyst on earth to reduce the ambient N2 into ammonia. The central part of the molecular machine is powered by a metallic core, usually a molybdenum atom, whose coordination valence state remains an enigma for us to unveil and mimic. Unlike the flexible bio-enzyme, inorganic heterogeneous catalysts are usually rigid in the coordination structure, making their valence states invariable, except some localized defects. In this study, we successfully synthesized a two-dimensional MoS2/Mo2C electrocatalyst, which contains a heterostructured interface with efficient charge and magnetism separation, exhibiting a gradual and broad valence state transition from Mo4+ to Mo2+. Density functional theory (DFT) calculations reveal that Mo3+ sites at the interface have a strong N2 adsorption energy of − 0.75 eV with the side-on configuration, and an activated hydrogenation of *NH2 species. This bionic electrocatalyst displays a splendid performance in nitrogen reduction reaction with a Faradic efficiency of 42 % at −0.1 V vs RHE.
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