硫钒共掺杂三氧化二铁纳米颗粒的制备及其电催化氮气还原性能研究

摘要

常温常压下,高效非贵金属电催化氮气还原反应(NRR)催化剂的开发具有重要研究价值,其在肥料生产和储氢方面具有广阔的应用前景.廉价易得的过渡金属化合物为高效NRR催化剂的开发提供了理想的材料平台.利用简单便捷的水热法合成了阴离子以及阳离子共掺杂的三氧化二铁(S/V-α-Fe2 O3)纳米颗粒,受益于阴、阳离子的共掺杂,材料的电子结构得到了很好的调控优化,同时活性位点也得到更好的暴露,这些作为氮还原反应的前提都获得提升,因此该材料被赋予了更加优异的NRR催化活性.该材料在温和条件,-0.1 V电压下,法拉第效率(FE)高达4.3％,产氨速率达到80.6μg·h-1·mg-1cat.,远远超过纯三氧化二铁催化剂(17.36μg·h-1·mg-1cat.,1.31％).同时,该材料还表现出优异的电催化选择性和稳定性,这有利于电催化氮还原制氨的实际应用.为构建高效、稳定的NRR电催化剂提供了一种新思路,并进一步拓展了过渡金属氧化物纳米材料在NRR领域的应用.