钌 (Ru) 是氮还原反应 (NRR) 电催化剂最广泛使用的金属,因为其具有相对较高N2吸附强度以实现连续反应。最近,据报道,均质的 Ru 基金属合金,如 Ru-Rh、Ru-Pt 和 Ru-Co 可以显著提高对氨 (NH3) 的选择性和形成速率。然而,金属组合仅限于几种与Ru混溶的金属,尽管各种不混溶组合显示出高 NRR 性能的巨大潜力。近日,韩国科学技术高等研究院 (KAIST) Hee-Tae Jung,Hyeonsu Jeong,Yousung Jung等合成了均质 Ru-Cu 合金纳米粒子 (Ru-Cu NPs) ,并用做高效的 NRR 电催化剂。
本文要点:
1)在三维 (3-D) 纤维素/碳纳米管 (CNT) 海绵上使用碳热冲击 (CTS) 方法使不混溶的 Ru 和 Cu 在原子尺度上以高纳米颗粒(NPs)密度均匀混合。
2)理论计算研究表明,均匀混合的Ru-Cu NPs通过抑制质子吸附和强N2结合能力促进*NNH的形成,表现出选择性NRR。使用 3-D 纤维素/CNT 海绵基底形成高密度的均质 Ru-Cu NPs,可在每个区域诱导大的催化位点,以实现高效的 NRR。
3)纤维素/CNT 海绵上的 Ru-Cu 均质 NPs 合金表现出高的选择性和 NH3 形成率,分别为 ~31% 和 -73 μmol/h/cm2。这是现有 Ru 基合金金属组合中选择性和 NH3 形成率的最高值。
该工作为使用 CTS 方法将各种均质合金应用于高性能电催化 NRR 提供了可行的见解。
Chansol Kim, et al. Atomic-Scale Homogeneous Ru–Cu Alloy Nanoparticles for Highly Efficient Electrocatalytic Nitrogen Reduction. Adv. Mater., 2022
DOI: 10.1002/adma.202205270