AEM：低过电位下Pd(100)晶面的暴露用于增强电催化固氮

Nanoyu

2020-08-31

经过科研人员的不断努力，目前已经报道了各种电催化剂调节方法，例如元素掺杂，缺陷，控制晶相，表面改性等，用于实现氮还原反应（NRR）的高活性和高稳定性。在许多电催化反应中，晶面控制也极大地影响了催化活性。然而，尚未报道关于电催化剂晶面与NRR活性之间关系的系统研究。

近日，青岛科技大学王磊教授，赖建平教授报道了系统地研究了Pd纳米晶，在温和的条件下选择性地暴露了(100)面、(111)面和(110)面（每个面都表现为立方体、八面体和菱形十二面体）用于NRR。

文章要点

1）实验数据表明，与可逆氢电极相比，在0 V下的Pd立方体的NH₃产率为2 4.3 μg mg^-1_cat h^-1，在0.1 m Li₂SO₄电解液中的法拉第效率为36.6%，分别是Pd八面体和Pd菱形十二面体的2.7倍和5.3倍。同时，它也是目前所报道的在低过电位下实现高活性的最佳催化材料之一。此外，经过长时间的稳定性测试，Pd立方体对NRR具有优异的稳定性。

2）密度泛函理论计算表明，Pd(100)比Pd的其它晶面表现出更负的*N₂自由能，表现出对N₂的最强吸附，其优异NRR性能可归因于较低的*NHN生成能垒和较低的由*NH₃生成NH₃的能垒（速率确定步骤）。

这项研究为开发高活性、高稳定性的新型NRR电催化剂开辟一条新的途径。

Huan Zhao, et al, Exposure of Definite Palladium Facets Boosts Electrocatalytic Nitrogen Fixation at Low Overpotential, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202002131

https://doi.org/10.1002/aenm.202002131