簇改性MXene纳米片

高效选择性氮还原

通过四核3d金属簇修饰在MXene基底上，实现了低过电位和高选择性的氮还原催化，无需贵金属。

Rui, Yu · Liu, Zhaorui · Legut, Dominik · Junwei, Sun · 张千帆 · Francisco, Joseph S. · 张瑞丰

ACS Catalysis 2024

参数信息

过电位

0.35 V

过电位

1.91 V

技术优势

过电位低于钌

Cr4/Ti2CO2的NRR过电位为0.35 V，优于Ru(0001)的0.43 V和Au(310)的1.91 V，降低能耗。

掺杂再降过电位

在Cr4簇中掺杂Fe使过电位降低31%，动力学势垒降低46%，进一步提升反应速率。

一个描述符预测活性

提出描述符φ与NRR催化活性线性相关，相关系数达0.98，可用简单计算快速筛选催化剂。

应用场景

• 电催化合成氨：用非贵金属催化剂在低过电位下电催化合成氨，替代高能耗Haber-Bosch工艺。
• 非贵金属催化剂：提供无贵金属的NRR催化剂方案，降低合成氨的材料成本。
• MXene基催化剂：利用MXene导电基底负载金属簇，实现稳定且高效的氮还原催化。
• 原子簇催化：通过四核簇的电子效应调和氮气活化与产物脱附，提升催化选择性。
• 氢能载体：以氨作为氢能载体，其绿色合成可为氢储运提供低碳路径。