Anchoring Mo Single-Atom Sites on B/N Codoped Porous Carbon Nanotubes for Electrochemical Reduction of N2 to NH3

碳纳米管 电化学 催化作用 法拉第效率 材料科学 密度泛函理论 氮气 产量(工程) 无机化学 化学工程 化学 纳米技术 电极 物理化学 有机化学 计算化学 冶金 工程类
作者
Lei Shi,Shengnan Bi,Ye Qi,Ruifang He,Ke Ren,Lirong Zheng,Jiaou Wang,Guiling Ning,Junwei Ye
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:12 (13): 7655-7663 被引量:69
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c01293
摘要

Electrochemical N2 reduction reaction (ENRR) at ambient temperature is a futuristic method for the artificial synthesis of ammonia, but it is still not efficient enough to be applied on a large scale. Inspired by the molybdenum-containing nitrogen-fixing enzymes of rhizobia in nature, single Mo sites are predicted to serve as an effective catalyst for ENRR. Herein, B/N codoped porous carbon nanotube-supported single Mo site catalysts (Mo/BCN) were rationally designed and synthesized. Mo/BCN exhibits the highest catalytic activity toward N2 fixation to NH3 with a yield rate of 37.67 μg h–1 mgcat–1 and a faradaic efficiency of 13.27% in 0.1 M KOH, which is better than those of nonprecious metal electrocatalysts. Density functional theory and extended X-ray absorption fine structure analysis indicated that single-atom Mo sites could be anchored on BCN nanotubes and act as sufficient active sites for nitrogen reduction. The present work may provide a theoretical and experimental strategy for developing efficient single-atom catalysts for ENRR.
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