Main-group elements boost electrochemical nitrogen fixation

电化学 催化作用 化学 固氮 Boosting(机器学习) 可再生能源 氨生产 材料科学 氮气 纳米技术 计算机科学 电极 生物 生物化学 物理化学 有机化学 机器学习 生态学
作者
Laiquan Li,Cheng Tang,Huanyu Jin,Kenneth Davey,Shi Zhang Qiao
出处
期刊:Chem [Elsevier]
卷期号:7 (12): 3232-3255 被引量:167
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2021.10.008
摘要

Renewable-energy-derived electrocatalytic nitrogen (N2) reduction reaction (NRR) is practically promising for the production of green ammonia (NH3). However, NRR is limited by low faradic efficiency and NH3 yield because of a high-energy barrier for N2 activation and competing hydrogen evolution reaction (HER). In contrast to widely investigated transition metals, main-group elements (MGEs) with manifold physicochemical properties and intrinsically poor hydrogen adsorption ability could provide superiority to address the challenges mentioned earlier. In this review, we (1) critically assess the use of MGEs in NRR by identifying the functional mechanism of boosting NRR and suppressing HER, (2) present a comprehensive summary of methodologies for N2 activation and HER suppression that are generalizable to advanced catalysts for N2 fixation, and (3) show MGEs-based mechanisms that can be judiciously applied for smart design of materials, electrolytes, and interface for electrocatalytic N2 reduction. We conclude that MGEs can significantly boost electrochemical N2 fixation.
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