单原子MXenes电催化剂

氮还原高产

通过机器学习从3146种MXene单原子催化剂中筛选出的高性能氮还原催化剂，实现了高法拉第效率。

Lin, Gaobo · Teng, Guo · Lin, Wenwen · Fan, Haoan · Lei, Guo · Zhenyu, Zhang · Li, Bolong · Wang, Jianghao · Ji, Huiping · 宋卫余 · 傅杰

ACS Catalysis 2025

具体参数

法拉第效率

{'zh': '31.7', 'en': '31.7'} %

筛选候选催化剂数目

{'zh': '3146', 'en': '3146'}

实验验证的催化剂数目

{'zh': '10', 'en': '10'}

技术优势

筛选快

用机器学习从3146种候选催化剂中快速锁定高性能者，无需逐一进行昂贵的DFT计算。

有描述符

发现一个本征描述符，可直接预测性能，使后续催化剂筛选无需额外计算。

机制清楚

揭示了电子转移导致晶体场劈裂，eg空轨道与N₂H的π*轨道作用，弱吸附下促进N≡N断裂，反应更顺畅。

效率高

Mo₂CO₂–Zr的法拉第效率达31.7%，在已报道的MXene基催化剂中表现出色。

应用场景

• 氮还原：用电化学方法在温和条件下合成氨，替代高能耗的哈伯法。
• 电催化：作为氮还原反应的电催化剂，降低过电位提高选择性。
• 电化学：应用于电化学还原体系，通过控制电位实现高效氮固定。
• MXenes：利用MXene的高导电性和可调表面，锚定单原子形成稳定活性位。