When nitrogen reduction meets single-atom catalysts

材料科学 催化作用 Atom(片上系统) 电合成 可再生能源 原子经济 纳米技术 电化学 物理化学 电极 有机化学 计算机科学 电气工程 工程类 嵌入式系统 化学
作者
Yingping Pang,Chao Su,Liqiang Xu,Zongping Shao
出处
期刊:Progress in Materials Science [Elsevier]
卷期号:132: 101044-101044 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.pmatsci.2022.101044
摘要

Photocatalytic or electrocatalytic transformation of N2-to-NH3, serving as an alternative to the Haber-Bosch process that is energy- and capital-intensive, from abundant N2, H2O, solar energy, and clean and renewable electricity, offers great opportunities for sustainable agricultural production and portable carbon-free energy carrier. These new conversion technologies are highly dependent on the exploration of contributing photo/electrocatalysts, marking high activity, selectivity, and stability toward N2 fixation. Single-atom catalysts (SACs) have emerged as a new attractive frontier in NH3 photo/electrosynthesis, owing to their integrated merits of maximized atom utilization, unsaturated atom coordination, and tunable electronic structure. Herein, we provide an in-time summary of the recent advances in this dynamic research area. We start with a fundamental understanding of photo/electrocatalytic N2 reduction, in terms of NH3 quantification, and fundamental matrices being pursued. Followed on, we highlight and summarize synthesis strategies and analytical techniques for these SACs, with attention to elaborately diverse SACs supports. We further translate these mechanistic discussions by virtue of theoretical simulations, leveraging structure–property relationships in NH3 photo/electrosynthesis. Finally, we also discuss the bigger picture of photo/electrocatalytic NH3 production, among which N2 reduction challenges are assessed, shedding some light on the state-of-the-art SACs as photo/electrocatalysts for NH3 production through N2 fixation.
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