【摘 要】
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氨作为一种重要的化工产品已广泛应用于农业及新能源等领域。传统Haber-Bosch方法合成氨需消耗大量化石能源,同时产生大量二氧化碳,会导致严重的能源与环境问题。因此研究绿色制氨新技术具有重要的理论及实际意义。电催化氮气（N2）还原（eNRR）制氨是一种在电催化剂作用下直接将N2电还原为氨的绿色制氨新技术,具有反应条件温和及零碳排放等优点,因而备受关注。不过eNRR制氨仍面临氨产率低及法拉第效率差
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氨作为一种重要的化工产品已广泛应用于农业及新能源等领域。传统Haber-Bosch方法合成氨需消耗大量化石能源,同时产生大量二氧化碳,会导致严重的能源与环境问题。因此研究绿色制氨新技术具有重要的理论及实际意义。电催化氮气（N2）还原（eNRR）制氨是一种在电催化剂作用下直接将N2电还原为氨的绿色制氨新技术,具有反应条件温和及零碳排放等优点,因而备受关注。不过eNRR制氨仍面临氨产率低及法拉第效率差等问题,研制高性能eNRR电催化剂是解决这一困境的有效途径。杂原子掺杂碳材料具有丰富的孔隙结构,可调的杂原子掺杂键合类型,同时能有效抑制析氢等竞争反应,现已成为eNRR电催化剂领域的研究热点。本文分别以3,6-双（3,5-二甲基吡唑-1-基）-1,2,4,5-四嗪和3,5-二甲基吡唑基金属配合物为前驱体,经热解制备了两种具有较高eNRR催化活性的杂原子掺杂碳电催化剂,并深入研究了电催化剂的组成结构与eNRR催化性能之间的关系。主要研究结果包括以下两方面:（1）B/N共掺杂碳的制备及其eNRR性能研究。本章以3,6-双（3,5-二甲基吡唑-1-基）-1,2,4,5-四嗪为C/N前驱体,五硼酸铵为B/N掺杂剂,经热解制备了系列B/N共掺杂碳（BNC-x,x为热解温度）电催化剂。最佳条件下制备的BNC-750电催化剂具有较高的比表面积(282 m~2 g-1)、较宽的孔径分布和较高的B/N共掺量。该催化剂在酸性电解质中（0.1 M HCl）具有较好的eNRR催化活性,在常温（25°C）和-0.1V（vs.RHE）电位条件下,其eNRR的氨产率和法拉第效率分别为18.8μg h-1 mg-1cat和10.1%,同时兼具较高的循环稳定性（连续8次eNRR后的活性仅衰减11%）。该电催化剂较高的eNRR催化性能可归因于B/N共掺杂的协同作用。（2）Zn（II）配合物衍生的N掺杂碳电催化剂的制备及其eNRR性能研究。先在溶剂热条件下将3,5-二甲基吡唑和Zn（NO3）2反应合成3,5-二甲基吡唑/Zn（II）配合物（Zn-dmpz H）。然后热解Zn-dmpz H/三聚氰胺混合物,制备了系列N掺杂碳（NDC-x,x为热解温度）电催化剂。最佳条件下制备的NDC-850电催化剂具有超薄碳纳米片结构,超高N含量（16.1 at%）和较高的电化学活性面积(15.1 m F cm-2)。基于上述原因,NDC-850电催化剂在0.1 M HCl电解质中表现出优异的eNRR催化活性。在常温（25°C）和-0.1 V（vs.RHE）电位条件下,实现了24.7μg h-1 mg-1cat的氨产率和26.3%的法拉第效率。此外,该催化剂还表现出良好的循环稳定性（连续eNRR循环8次后,催化活性仅衰减13%）。
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