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氨气是人类生产生活中必不可少的化学品,传统合成氨的方式是Haber-Bosch法,高温高压条件下进行,消耗全球1%能源的同时,排放大量温室气体,在能源危机和环境污染问题日渐严重的今天,寻找环境友好、可持续发展的固氮技术成为新时代的热点。电催化固氮能够在常温常压下,简单清洁的实现氮气还原,受到了科研人员的关注。然而,由于氮氮三键的高键能(941 kJ mol-1)和巨大的能隙(10.82 eV),室温条件下极难被活化,并且电催化剂在水性电解液中更容易发生析氢反应,导致电化学合成氨的性能非常低,极大限制该技术的发展。目前,已经有很多电催化固氮催化剂被开发,大多集中在贵金属基材料,即使效率尚可但仍存在稳定性差、过电位高的缺点。因此,开发选择性好、成本低和稳定性优良的氮还原催化剂是目前工作的重点。氧化钨基材料可以实现光催化固氮,氧缺陷三氧化钨也已经被证实可以光还原氮气合成氨气,但是迄今为止,尚未有报道阐述三氧化钨可以作为电化学合成氨的催化剂。本论文基于电催化固氮存在的问题,利用水热法通过控制不同还原性气氛的煅烧时间和温度,设计合成了一系列具有不同氧缺陷浓度的三氧化钨纳米片催化剂,XAFS、ESR、Raman、XPS等表征技术表明,300℃氢气气氛下煅烧1 h得到的三氧化钨材料具有最高氧缺陷浓度,并且常温常压下使用三电极电化学装置,0.1 M HC1作为电解液进行电催化合成氨测试时,过电位仅为80 mV时就开始发生氮气的还原,法拉第效率达到12.8%;在-0.12 V(vs.RHE)时氨产量达到最高为4.2μg h-1 mg-1cat.,法拉第效率为6.8%,优于购买的商业5%Ru/C,P25,WO3,20%Pt/C和10%Pd/C;通过增加电解液的pH和体系温度,可分别提高电催化固氮的法拉第效率和氨产量;催化剂经历10 h循环测试后,性能仅轻微下降,经过45 h长时间电解测试后,电流密度仍保持稳定。DFT模拟结果揭示:WO3的表面氧空位缺陷可以显著提高N2分子的活化与吸附能力并降低氮气还原反应的的△GPDS。