氨(NH3)是维持机体功能的生物基石，也是提高营养作物产量不可缺少的氮肥。目前用于工业 NH3 生产的 Haber-Bosch 工艺是高度能源和资本密集型的。鉴于此，将氮气 (N2) 电还原为有价值的 NH3 作为替代方案，为 Haber-Bosch 过渡提供了可持续的途径，因为它利用可再生电力并在环境条件下运行。在电化学氮还原反应(NRR)中，寻找高效的电催化剂仍然是首要任务，表现出优异的选择性、活性和稳定性。具有足够暴露活性位点、高比表面积、良好导电性、丰富的表面缺陷和易于调节的电子性能的二维纳米材料为氮的吸附和活化提供了巨大的前景，以实现可持续的NRR。
有鉴于此，科廷大学邵宗平教授、山东大学徐立强教授、江苏科技大学苏超教授等人，综述了用于电化学氮还原的新兴二维纳米材料的研究进展。总结了最先进的用于将 N2 还原为 NH3 的二维电催化剂，旨在全面概述二维电催化剂对 NRR 的结构-性能关系。最后，提出了这一前景领域的挑战和未来展望。
本文要点
1）综述了目前最先进的二维电催化剂在N2电还原成NH3方面的开创性进展。然后总结了 NRR 基础知识、电化学 NRR 测量和 NH3 检测，详细阐述了 NRR 中追求的基本原则和关键指标，包括热力学、动力学、化学吸附和活化、反应途径、比例关系和活性描述符。另外，提供了NRR 过程中的电化学电池配置和测量。
2）利用可再生电能的高效电化学 N2 到 NH3 转化对于传统 Haber-Bosch 工艺的绿色替代品非常重要，为可持续能源和环境未来将可再生能源储存为化学形式提供基础。由于二维材料在合成和性能方面的巨大进步，从基础研究到实际电催化NRR应用，已经取得了一系列重大进展。
3）全面讨论了二维电催化剂的合成方法，包括自上而下的方法（微机械裂解、液体剥离）和自下而上的方法（水/溶剂热合成、二维定向吸附、二维模板化合成）。此外，还强调了这种独特的二维材料的相关表征方法，如光谱、SPM、TEM 和 SEM。讨论了用于 NRR 的独特 2D NRR 电催化剂的最新实验进展，包括贵金属基电催化剂、非贵金属基电催化剂、无金属电催化剂、2D MOF、2D 混合电催化剂。最后，基于对 NRR 二维材料的最新发现，以及对二维特征与 NRR 性能之间关系的理解，为准确设计高性能二维NRR电催化剂提供了思路。
参考文献：
Yingping Pang et al. Emerging two-dimensional nanomaterials for electrochemical nitrogen reduction. Chem. Soc. Rev., 2021.
DOI: 10.1039/D1CS00120E
https://doi.org/10.1039/D1CS00120E
