2024年2月10日，蔡興科研究員課題組于2024年2月10日在《Advanced Materials》期刊上發(fā)表了題為“A Metal Coordination Number Determined Catalytic Performance in Manganese Borides for Ambient Electrolysis of Nitrogen to Ammonia”的研究論文。該文章的第一作者為Muhammad Asim Mushtaq博士后，蔡興科研究員與電子科技大學(xué)孫旭平教授為共同通訊作者。
氨(NH3)是一種重要的化合物，在制藥、合成纖維、化肥制造行業(yè)以及能源儲(chǔ)存領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，它還可以作為無碳足跡的氫能源載體，有望對(duì)未來的氫能源經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大影響。然而，傳統(tǒng)的Haber-Bosch方法，在高溫（400-500 °C）和壓力（200 bar）下生產(chǎn)NH3既消耗能源的同時(shí)又污染環(huán)境。因此，找到Haber-Bosch的工藝替代策略生產(chǎn)NH3是非常重要的。在所有策略中，常溫條件下以水為氫源的電催化氮還原反應(yīng)（NRR）被認(rèn)為是最有前途的技術(shù)，它很容易與農(nóng)業(yè)、工業(yè)和可再生能源兼容。
本文成功合成了Mn2B、MnB、MnB2和MnB4等具有不同Mn原子配位數(shù)的純相硼化錳（MnBx）材料。通過對(duì)這些材料的結(jié)構(gòu)表征和性能比較，課題組發(fā)現(xiàn)隨著化合物中B含量的增加，單個(gè)Mn催化位點(diǎn)的催化活性大大提高。在?0.3 V下，MnB4的最佳FE和氨產(chǎn)率分別達(dá)到38.5 ± 2.7%和74.9 ± 2.1 μg h?1mgcat?1，遠(yuǎn)高于目前報(bào)道的硼化物材料。這是因?yàn)殡S著化合物中B/Mn比的增加，與Mn原子配位的B原子數(shù)量增加，導(dǎo)致從Mn轉(zhuǎn)移到B的價(jià)電子增加。這增加了Mn原子對(duì)N2的吸附和Mn原子對(duì)*N2加氫的本征催化活性。這種配位數(shù)調(diào)制策略為高性能過渡金屬硼化物NRR催化劑的開發(fā)提供了新的解決方案。
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號(hào)：52373266、52003163、22105129）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（批準(zhǔn)號(hào)：2022A1515010670、2022A1515011048）、深圳市科技創(chuàng)新局（批準(zhǔn)號(hào)：KQTD20170810105439418和20200812112006001）的資助。
文章鏈接：https://doi.org/ 10.1002/adma.202313086
（來源 深圳大學(xué)高等研究院）
