负载单原子Mo的含缺陷的单层氮化硼：一种用于固氮的高效电催化剂的计算研究

 
生物合成植物、动物和其他生命形式的基本构件都离不开氮，因此将大气中丰富的N2转换为NH3这一固氮过程对于地球上各种生命形式的维持至关重要。目前，工业上可以通过Haber-Bosch过程将N2转换为NH3，但这需要极端的反应条件，如高温高压的N2和H2反应气。如何在温和条件下，将N2分子转化为NH3是化学中最具吸引力和最具挑战的过程之一。哈尔滨师范大学赵景祥和波多黎各大学陈中方合作，利用密度泛函理论（DFT）计算方法，系统研究了负载过渡金属单原子（Sc∼Zn，Mo，Ru，Rh，Pd和Ag）的含单个B空位的氮化硼（BN）在电催化固氮方面的潜力。计算结果表明，锚定在含缺陷的BN纳米片上的单个Mo原子在室温下通过酶催化机制表现出最高的N2固定催化活性，具有0.19V的极低过电位。负载Mo原子BN纳米片能用于N2固定的原因主要有：1.可以促进N2分子的化学吸附，以保证其惰性N-N三键充分活化，2.可以选择性地稳定吸附N2H*物种且不稳定吸附NH2*物种，以确保降低过电位。这一发现为单原子电催化剂在环境条件下生产NH3开辟了新途径。该成果发表在J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 12480−12487上。

简报作者: 刘岩责任编辑：刘岩，黄阳

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