近期，清華大學(xué)材料學(xué)院呂瑞濤研究組和清華大學(xué)深圳國際研究生院李佳研究組一起介紹了碳化二鉬-二氧化鉬（Mo2C-MoO2）異質(zhì)結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)高效電催化氮還原產(chǎn)氨的最新研究結(jié)果。Mo2C-MoO2@RGO作為電催化氮還原反應(yīng)（NRR）催化劑之所以能展現(xiàn)出良好的綜合性能，主要是因?yàn)榱孔狱c(diǎn)的尺寸效應(yīng)和Mo2C-MoO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)。
隨著“碳達(dá)峰，碳中和”目標(biāo)的提出，開發(fā)綠色環(huán)保的合成氨方法對(duì)于節(jié)能減排意義重大。目前，工業(yè)上合成氨的方法主要是Haber-Bosch工藝，但該技術(shù)通常需要在高溫高壓下進(jìn)行，所以能量消耗巨大以及溫室氣體排放較多。相比Haber-Bosch法，NRR產(chǎn)氨技術(shù)雖然條件更為溫和及環(huán)保，但是由于氮?dú)獾奈胶突罨瘶O為困難，且存在析氫反應(yīng)（HER）作為主要的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，NRR電催化劑的產(chǎn)氨速率和法拉第效率都相對(duì)較低。
為了解決上述的問題，研究者構(gòu)建了還原氧化石墨烯（RGO）負(fù)載的Mo2C-MoO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)（Mo2C-MoO2@RGO），其有望同時(shí)提升法拉第效率和產(chǎn)氨速率，從而綜合提高電催化NRR性能。
研究表明，Mo2C-MoO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮兩者之間的協(xié)同效應(yīng)，抑制HER競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)的同時(shí)促進(jìn)N2的吸附和活化。RGO可以充分發(fā)揮載體效應(yīng)，充分分散催化劑，同時(shí)促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移，提升催化劑導(dǎo)電性。因此，Mo2C-MoO2@RGO展現(xiàn)出了良好的NRR綜合性能。
Mo2C-MoO2@RGO催化劑主要是通過水熱和煅燒兩步法來制備的。通過改變水熱制備過程中(NH4)6Mo7O24?4H2O和GO的比例可以調(diào)控催化劑的尺寸，當(dāng)(NH4)6Mo7O24?4H2O和GO的比例為5/1可以得到量子點(diǎn)尺寸的催化劑。通過改變煅燒溫度可以調(diào)控量子點(diǎn)催化劑的成分：不經(jīng)煅燒處理的催化劑物相為MoO2，750℃煅燒處理可以得到Mo2C-MoO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)，900℃煅燒處理所得催化劑物相為Mo2C。因此，通過調(diào)控實(shí)驗(yàn)參數(shù)就可以得到Mo2C-MoO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)。
該研究成果以“Mo2C-MoO2 Heterostructure Quantum Dots for Enhanced Electrocatalytic Nitrogen Reduction to Ammonia”為題發(fā)表在國際期刊ACS Nano上。
