上交/华师/上应大Small：嵌入Ru团簇/单原子的LaMO促进固氮并实现超高氨产率

对比Haber-Bosch法，电催化氮还原反应（ENRR）可以消耗更少的能量和更少的CO₂排放。

基于此，上海交通大学庄小东研究员和王富副教授、华东师范大学吴鹏教授、上海应用技术大学韩生教授（共同通讯作者）等人报道了利用等离子体增强化学气相沉积方法（PECVD）将过渡金属元素（TMs，Pt、Ru、Pd、Co和Ni）固定在2D导电材料上。其中，Ru单原子和Ru团簇嵌入钙钛矿氧化物（LaMO，M=Cr、Mn、Fe、Co和Ni）具有良好的ENRR电催化性能，氨（NH₃）产率高达137.5±5.8 µg h⁻¹ mg_cat⁻¹，法拉第效率（FE）达到56.9±4.1%，创造了目前Ru基催化剂的最高记录。

作者构建了三种模型，分别是Ru单原子、混合态Ru单原子、混合态Ru团簇，以研究LaFeO-Ru高ENRR活性的来源。

在Ru单原子模型中，发现从*NNH到*N + *NH₃的远端路径（ΔG=-0.32 eV）为热力学自发过程，从*NNH到*NHNH₂的交替路径（ΔG=0.98 eV）为非热力学自发过程。在混合态Ru单原子模型中，从*NNH到*N + *NH₃的远端路径（ΔG=-1.58 eV）为热力学自发过程，从*NNH到*NHNH₂的交替路径（ΔG=0.192 eV）为非热力学自发过程。

在混合态Ru团簇模型中，从*NNH到*NNH₂的远端路径（ΔG=0.795 eV）是非热力学自发过程，从*NNH到*NHNH2的交替路径（ΔG=-0.242 eV）是热力学自发过程。结果表明，在两个Ru单原子体系中都倾向于远端途径。

作者比较了三种模型的中间态自由能与ENRR的远端路径，以准确理解LaFeO-Ru的机理。对于混合态的Ru团簇，N₂吸附活化步骤是非热力学自发过程。

此外，混合态模型中Ru单原子N₂吸附活化步骤的ΔG=-1.12 eV，比Ru单原子模型（-1.06 eV）的负值更大。*N₂到*NNH步骤是自由能提升的过程，表明这一步是ENRR中的速率决定步骤（ΔG_RDS）。DFT研究表明，Ru团簇与Ru单原子共存不仅优化了N₂的吸附，而且促进了*N₂到*NNH的步骤。

Embedding Ru Clusters and Single Atoms into Perovskite Oxide Boosts Nitrogen Fixation and Affords Ultrahigh Ammonia Yield Rate. Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202208102.

https://doi.org/10.1002/smll.202208102.

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/11/bc6a7edb63/

​上交/华师/上应大Small：嵌入Ru团簇/单原子的LaMO促进固氮并实现超高氨产率

相关推荐

上交/华师/上应大Small：嵌入Ru团簇/单原子的LaMO促进固氮并实现超高氨产率