电化学N₂还原反应（NRR）是一种在环境条件下合成NH₃的一种环境友好且可持续的方法，它需要高效的电催化剂来应对活化惰性N₂分子的巨大挑战。近来，TiO₂作为一种活性NRR电催化剂，具有丰度高、无毒、热稳定性好等优点。杂原子掺杂是一种有效的氧空位引入策略，可以使金属氧化物具有独特的电子和结构特性，这将极大地影响催化剂的活性。

有鉴于此，电子科技大学孙旭平教授、张妍宁教授和Zhe-sheng Feng等人，报道了锰掺杂的TiO₂纳米球在环境条件下增强N₂还原电催化作用的研究。

本文要点

1）开发了用于电化学NRR的Mn掺杂的TiO₂纳米球（Mn-TiO₂）。

Mn是一种储量丰富且低成本的元素，具有从+1到+7的各种氧化态，使其适于掺杂。确实，它被广泛用作有效的掺杂剂，并且Mn掺杂剂对物化性质的可控影响保证了Mn掺杂材料的广泛应用，例如能源、传感、和催化。

2）在0.1 M Na₂SO₄中，Mn-TiO₂（20.05 μg h^-1 mg_cat.^-1）的NH₃产率显着高于未掺杂的TiO₂（8.06 μg h^-1 mg_cat.^-1），具有很高的法拉第效率（FE）为11.93％。

3）它还具有出色的电化学稳定性，可将其活性至少维持24小时。密度泛函理论（DFT）计算揭示了Bi-Ti³⁺（Ti_4c³⁺和Ti_5c³⁺）对是活性位点的机制。

参考文献：

Haijun Chen et al. Modulating Oxygen Vacancies of TiO₂ Nanospheres by Mn-Doping to Boost Electrocatalytic N₂ Reduction. ACS Sustainable Chem. Eng., 2021.

DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c09009

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c09009