【亮点论文】银凤翔-陈标华团队在ACS Applied Materials & Interfaces发表论文：设计电化学合成氨催化剂具有高法拉第效率的新策略

Defective UiO-66-NH₂ Functionalized with Stable Superoxide Radicals toward Promoted Electrocatalytic Nitrogen Reduction with Extremely High Faradic Efficiency

Xiaobo He, Fengxiang Yin, Xuerui Yi, Tong Yang, Biaohua Chen, Xiang Wu, Shang Guo, Guoru Li, Zhichun Li

工业合成氨主要依赖于Haber-Bosch法。然而，该技术面临着能耗高、碳排放量大等问题。电化学合成氨作为一种较为洁净、可持续发展的氨合成工艺，近年来受到了广泛关注。然而，水系电解液条件下的电化学合成氨反应通常伴随着较为严重的一些副反应，比如析氢和肼生成反应等。这些副反应较大程度上限制了这种条件下电化学合成氨反应的法拉第效率。为了抑制副反应、提高法拉第效率，各种高性能催化剂被陆续开发出来。但是，要使实现法拉第效率超过50%乃至接近100%依旧极具挑战性。本工作开辟了一种高性能电化学合成氨催化剂的设计新策略，即构建含有稳定自由基的缺陷型金属有机骨架材料。在该设计策略的指导下，本工作以含有稳定超氧自由基(O₂^•)的缺陷型UiO-66-NH₂为模型催化剂开展了研究。结合实验研究和理论计算，本文发现在缺陷型UiO-66-NH₂中每个Zr₆节点大约会丢失一个带胺基的对苯二甲酸(BDC-NH₂)配体，从而暴露出两个Zr原子。其中一个Zr原子会稳定吸附O₂^•而形成Zr-OO^•位点；与此同时，另一个Zr原子则被活化为实际活性位点。研究表明，Zr-OO^•位点和Zr实际活性位点之间存在的强协同效应极大地抑制了析氢和肼的生成，最终使得在这种催化剂的促进下电化学合成氨具有高达~85.21%的法拉第效率，这是目前报道的最高的电化学合成氨法拉第效率；同时，氨生成速率也高达~52.81 μg h⁻¹ mg_cat⁻¹。这项工作得到了国家自然科学基金(22078027)，江苏省精细石油化工重点实验室以及江苏省先进催化与绿色制造协同创新中心等的大力支持，并于近日发表于材料领域国际著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces (2022, DOI: 10.1021/acsami.1c23643)。

近年来，银凤翔-陈标华团队在在利用缺陷型金属有机骨架作为电化学合成氨催化剂方面做出了开创性工作，并取得了一系列成果Electrochimica Acta (2022, 409, 139988)，International Journal of Hydrogen Energy (2021, 46, 31647-31658)，Applied Surface Science (2021, 567, 150801)，ChemElectroChem (2021, 8, 3875-3881)。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c23643?fig=fig1&ref=pdf.