【摘 要】
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氨可以用作农业肥料、化学原料和富氢载体,因此是世界上需求量最大的化工产品。目前氨的全球年产量为1亿6000万吨,其中主要的生产方法是Haber-Bosch工艺,通过氮气加氢的方式
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氨可以用作农业肥料、化学原料和富氢载体,因此是世界上需求量最大的化工产品。目前氨的全球年产量为1亿6000万吨,其中主要的生产方法是Haber-Bosch工艺,通过氮气加氢的方式生产氨。但是Haber-Bosch法是一个高能耗和高CO2排放的产氨法,所以需要寻找更加经济绿色的产氨方法。近年来,由于电催化氮还原(NRR)能够避免Haber-Bosch法的高温高压问题,从而受到了研究者们的广泛关注。目前电催化NRR还存在一些有待解决的问题,例如催化剂本征活性不高,氨产率低,法拉第效率低等。单原子催化剂具有特殊的表面与电子结构、优异的吸附性能,因此在很多催化反应中已经表现出了良好的催化活性。本文通过湿化学法合成了锚定在多孔碳上的原子分散的锰和钯铜双金属催化剂,并将它们应用于电催化NRR中。形貌和结构表征揭示锰单原子催化剂具有多级多孔结构,有利于活性位点的充分暴露。电催化NRR结果表明,该催化剂在0.1 M HCl电解液中,相对于可逆氢电势(vs.RHE)-0.35 V时,氨产率高达66.4 mg h-1 mg-1cat.,法拉第效率为8.91%,原位红外测试表明未生成其他含氮产物。此外,该催化剂在长达20万秒的测试中催化活性未发生明显衰减,表现出催化稳定性。原子分散的钯铜双金属催化剂在电催化NRR中表现出优异的协同作用,在-0.2 V vs.RHE下获得最大的法拉第效率10.2%和氨产率42.6 mg h-1 mg-1cat.,单独的钯和铜单原子催化剂的最大法拉第效率分别为0.70%和0.95%,最大氨产率分别为4.63 mg h-1 mg-1cat.和5.86 mg h-1mg-1cat.,这表明原子分散的钯铜双金属催化剂的NRR催化活性远高于单独的钯和铜单原子催化剂。
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