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氨是食物和肥料的重要原料，也是清洁能量的载体。将自然界中的氮气转化为氨是至关重要。目前在传统工业中氨的生产严重依赖原始的Haber-Bosch方法，并以温室气体的排放和大量能源消耗为代价。利用电催化技术催化氮还原反应由氮气生成氨，具有绿色环保、节约能源和环境友好等特点，被认为是理想的合成氨方法。同时，发展高效的用于氮还原反应的电催化剂也是目前世界范围内的研究热点之一。
基于钼酸铁类催化剂制备原材料广泛易得，结合固氮酶的双金属原子活性中心的结构特点，本文利用仿生学策略设计和制备了Fe2(MoO4)3催化剂，并研究了其对氮还原反应的电催化性能。选用不含氮元素的原料通过水热法制备了α-Fe2(MoO4)3和β-Fe2(MoO4)3两种晶相的钼酸铁催化剂。利用SEM、EDS、XRD、HRTEM、SAED、XPS、UV-VIS等手段对其进行形貌、晶相、物相组成、价态结构进行表征。使用UV-VIS分光光度计测定反应结束后电解液中存留的NH4+离子浓度。基于NH4+的产率、法拉第效率、以及催化剂表面电流密度等性能参数评价α-Fe2(MoO4)3和β-Fe2(MoO4)3的催化氮合成氨的性能。
在0.1mol/L的Na2SO4电解液、常温常压下，施加电压为-0.7V（vs RHE）时，氨的产率最高，表现出良好的选择性、稳定性。通过空白电解液对照、Fe2(MoO4)3/空白碳纸对照、N2和Ar对照以及开路电压等一系列的对比实验，揭示了催化氮还原反应合成氨的活性来源，在排除环境氨污染以后，α-Fe2(MoO4)3氮还原反应(Nitrogen Reduction Reaction，NRR)产率达到7.00μg h-1mg-1，其法拉第效率达到了0.42%；β-Fe2(MoO4)3NRR产率达到5.75μg h-1mg-1，其法拉第效率达到0.72%。提出排除环境氨污染、精确计算氨的产率和法拉第效率的计算公式。该研究结果对于设计氮还原反应的高活性电催化剂、准确衡量催化效率具有重要的参考意义。
基于钼酸铁类催化剂制备原材料广泛易得，结合固氮酶的双金属原子活性中心的结构特点，本文利用仿生学策略设计和制备了Fe2(MoO4)3催化剂，并研究了其对氮还原反应的电催化性能。选用不含氮元素的原料通过水热法制备了α-Fe2(MoO4)3和β-Fe2(MoO4)3两种晶相的钼酸铁催化剂。利用SEM、EDS、XRD、HRTEM、SAED、XPS、UV-VIS等手段对其进行形貌、晶相、物相组成、价态结构进行表征。使用UV-VIS分光光度计测定反应结束后电解液中存留的NH4+离子浓度。基于NH4+的产率、法拉第效率、以及催化剂表面电流密度等性能参数评价α-Fe2(MoO4)3和β-Fe2(MoO4)3的催化氮合成氨的性能。
在0.1mol/L的Na2SO4电解液、常温常压下，施加电压为-0.7V（vs RHE）时，氨的产率最高，表现出良好的选择性、稳定性。通过空白电解液对照、Fe2(MoO4)3/空白碳纸对照、N2和Ar对照以及开路电压等一系列的对比实验，揭示了催化氮还原反应合成氨的活性来源，在排除环境氨污染以后，α-Fe2(MoO4)3氮还原反应(Nitrogen Reduction Reaction，NRR)产率达到7.00μg h-1mg-1，其法拉第效率达到了0.42%；β-Fe2(MoO4)3NRR产率达到5.75μg h-1mg-1，其法拉第效率达到0.72%。提出排除环境氨污染、精确计算氨的产率和法拉第效率的计算公式。该研究结果对于设计氮还原反应的高活性电催化剂、准确衡量催化效率具有重要的参考意义。