??　　近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所環(huán)境與能源納米材料中心在常溫常壓下電催化氮?dú)膺€原方面取得新進(jìn)展。利用催化劑和電解質(zhì)的相互作用，在抑制催化劑產(chǎn)氫活性的同時(shí)，提高了其催化氮?dú)膺€原的能力。相關(guān)工作發(fā)表在期刊《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）上。

　　氨是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)，同時(shí)，也是一種重要的儲(chǔ)能中間體和無碳能源載體。目前，工業(yè)上合成氨主要采用哈伯-博施(Haber-Bosch)法，該方法需要在高溫高壓(300~500℃、200~300atm)下進(jìn)行，耗能大，年均能耗約占世界能源總消耗的1~2%。而且，Haber-Bosch法需要高純度的氫氣作為原料；而高純度的氫氣一般是通過礦物燃料轉(zhuǎn)化而來，其過程會(huì)排放大量的CO2(約占溫室氣體年排放量的1.5%)。因此開發(fā)高效、低能耗、清潔的合成氨技術(shù)有重要意義。電催化固氮理論上可在常溫常壓下進(jìn)行，且以水和氮?dú)庾鳛樵希虼吮徽J(rèn)為是一種潛在的替代工業(yè)合成氨的技術(shù)。目前，電化學(xué)固氮面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是效率太低(產(chǎn)氨速率和法拉第電流效率)，主要是因?yàn)樵诔爻合拢?/span>N2中的氮氮三鍵非常牢固，氮?dú)饧託溥€原反應(yīng)很難進(jìn)行，且析氫電位和氮還原電位非常接近，析氫作為競爭反應(yīng)會(huì)嚴(yán)重制約氮還原合成氨的效率。因此，兼顧并平衡氮活化和析氫競爭反應(yīng)對(duì)于電化學(xué)固氮催化劑的設(shè)計(jì)和選擇非常重要。

　　二硫化鉬(MoS2)是一種經(jīng)典的二維材料，在電催化產(chǎn)氫反應(yīng)(HER)、O2還原反應(yīng)(ORR)、CO2還原反應(yīng)(CO2RR)等方面都有很好的催化性能。但其在電催化氮?dú)膺€原方面還是效率太低，因?yàn)樗?/span>HER催化活性會(huì)明顯抑制氮?dú)膺€原反應(yīng)(NRR)活性。二硫化鉬的產(chǎn)氫的活性位點(diǎn)主要?dú)w因于邊緣的硫(S)，考慮電解質(zhì)與催化劑的相互作用，選用含鋰電解質(zhì)，與邊緣的S形成強(qiáng)的“Li-S”鍵和作用，結(jié)合理論計(jì)算，科研人員通過吸附、氣相水熱、高溫退火三步，合成了均勻分布在纖維素上的二硫化鉬納米片(MoS2/BCCF)。

　　實(shí)驗(yàn)表明：常溫常壓下，用0.1 M Li2SO4 溶液作為電解質(zhì)，在-0.2 V電位（相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電位）下，MoS2/BCCF產(chǎn)氨效率達(dá)到 43.4 μg h-1 mg-1，法拉第效率為 9.81%。相較于在0.1 M Na2SO4電解液中（不含鋰的電解液），產(chǎn)氨效率和法拉第效率分別提高了8倍和18倍。此外，通過對(duì)反應(yīng)后的催化劑進(jìn)行了固態(tài)核磁鋰譜和XPS S2P 高分辨譜圖的表征，證明了反應(yīng)過程中強(qiáng)“Li-S”的形成。此研究工作利用電解質(zhì)和催化劑的相互作用，提高了電催化產(chǎn)氨效率，為未來常溫常壓下電催化合成氨技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和想法。

　　該項(xiàng)工作得到國家自然科學(xué)基金和中科院創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)國際合作項(xiàng)目的資助。

(a) MoS2/BCCF催化劑合成過程示意圖；(b) MoS2/BCCF的TEM表征(插圖為HRTEM)；(c) MoS2/BCCF在不同電位下產(chǎn)氨效率和法拉第效率；(d) MoS2/BCCF反應(yīng)后的固態(tài)核磁鋰譜；(e) MoS2/BCCF反應(yīng)不同時(shí)間后XPS S2P 高分辨譜圖；(f) MoS2/BCCF電催化N2還原反應(yīng)示意圖。