王双印课题组在光电催化合成氨领域取得重要进展

zhetengwan

湖南大学化学化工学院王双印教授团队在Cell姊妹刊Chem（影响因子14.1）上发表研究论文，报道了其在光电催化合成氨领域的重要进展。

        氨（NH3）被视为绿色无碳、易运输、高能量的能源载体。开发常温常压下将N2和水转化为NH3的方法吸引了众多研究者的注意。光电化学（PEC）直接将氮气和光转化为氨气而受到众多关注。但其也存在一些问题亟待解决：(1) 低的氨产物产率，归结于N2在水溶液中低的溶解度、电极表面对N2的低吸附、N-N键难以断裂等因素; (2) 低的法拉第效率，归结于氢析出反应（HER）更快的反应速率。因此，为了提高光电阴极的PEC 氨产率以及法拉第效率，设计高效并且稳定运行的NRR光阴极刻不容缓。

      

       湖南大学王双印教授团队利用亲气亲水异质结构Au-PTFE/Si光电阴极调控质子和N2参与光电固氮反应。为了抑制HER和加强N2向表面的扩散，在Si基光电阴极表面引入了疏水的多孔聚四氟乙烯（PTFE），Au作为氮还原催化剂，被高度地分散在Si和PTFE表面上。相比于Au/Si光电阴极表面，Au-PTFE/Si基光电阴极表面显示了明显的疏水（电解质溶液）性和亲气（N2）行为。在光照和-0.2 V电位下，NH3产率和法拉第效率分别为18.9 μg cm-2 h-1和37.8%。基于理论计算和实验结果，Au-PTFE/Si基光电阴极的PEC NRR行为可能分为三步：活性质子（*H）产生在PTFE表面的Au颗粒；*H向内部扩散至更强电流的Au颗粒生成* NNH；* NNH和*H进一步扩散至Si基表面的Au颗粒产生NH3。
      
       这一工作为优化氮还原转化效率提供了新的思路。该研究工作的合作者包括科廷大学蒋三平教授，上海硅酸盐研究所周怀娟博士，以及南京师范大学李亚飞教授。第一作者为湖南大学郑建云博士。

原文链接如下：https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(18)30542-4