工業(yè)上合成NH3主要依賴于Haber–Bosch工藝，耗能大且排放大量二氧化碳。 電化學(xué)還原N2是一種環(huán)保且可持續(xù)的合成NH3技術(shù)，但實(shí)施該技術(shù)需要高效的N2還原電催化劑。在這項(xiàng)工作中，提出了Ru2P納米顆粒-還原氧化石墨烯雜化物，將其作為有效的電催化劑在大氣環(huán)境下進(jìn)行人工固氮（N2-NH3），表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性。 在0.1 M HCl電解液中進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，結(jié)果表明：在0.05 V（相對(duì)于可逆氫電極）下，該雜化物的NH3產(chǎn)率高至32.8 μg h-1 m g-1，法拉第效率達(dá)13.04％。此外，它還表現(xiàn)出良好的電化學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。理論計(jì)算進(jìn)一步表明Ru2P–rGO僅在低的活化能壘下就可實(shí)現(xiàn)有效催化N2還原合成NH3。
Figure 1. （a）Ru2P–rGO的XRD圖，（b）TEM圖，插圖為Ru2P的粒徑分布，（c）HRTEM圖，（d）SAED圖，（e）STEM和EDX元素分布。
Figure 2. XPS分析。（a）Ru2P–rGO的XPS總譜，高分辨（b）C 1s和Ru 3d，（c）Ru 3p和（d）P 2p區(qū)域。
Figure 3.在N2飽和的 0.1 M HCl溶液中的電化學(xué)測(cè)試。（a）Ru2P–rGO/CP在不同電壓下的計(jì)時(shí)電流曲線，（b）在不同電壓電解測(cè)試2 h后電解液的UV-vis吸收光譜，（c）NH3產(chǎn)率及對(duì)應(yīng)電壓下的法拉第效率，（d）不同電極的NH3產(chǎn)率比較，（e）循環(huán)測(cè)試6次，（f）長(zhǎng)期電解測(cè)試（24 h）。
Figure 4. （a-b）Ru2P–rGO吸附N2前后的最優(yōu)幾何和Bader電荷結(jié)構(gòu)，理論計(jì)算Ru2P–rGO催化NRR時(shí)的能量情況：（c）遠(yuǎn)端機(jī)制和（d）交替機(jī)制。
該研究工作由電子科技大學(xué)孫旭平課題組于2019年發(fā)表在J. Mater. Chem. A期刊上。原文：An ultrasmall Ru2P nanoparticles–reduced graphene oxide hybrid: an efficient electrocatalyst for NH3 synthesis under ambient conditions（DOI: 10.1039/c9ta10346e）。
