Multi-functional Mo-doping in MnO2 nanoflowers toward efficient and robust electrocatalytic nitrogen fixation

氧化还原 催化作用 惰性 密度泛函理论 掺杂剂 材料科学 化学 氮气 兴奋剂 路易斯酸 电导率 无机化学 物理化学 计算化学 有机化学 光电子学
作者
Ke Chu,Yaping Liu,Yubiao Li,Yali Guo,Ye Tian,Hu Zhang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:264: 118525-118525 被引量:277
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2019.118525
摘要

Electrocatalytic N2 reduction reaction (NRR) represents a sustainable and promising technology for producing NH3 at ambient conditions. Herein, we demonstrated that Mo-doping could change the MnO2 from an inert material into one that can efficiently and robustly catalyze NRR in neutral media. The developed Mo-doped MnO2 nanoflowers (Mo-MnO2 NFs) exhibited a significantly enhanced NRR performance with an NH3 yield of 36.6 μg h−1 mg−1 (-0.5 V) and an FE of 12.1 % (-0.4 V), far outperforming undoped MnO2 NFs and comparing favorably to most reported NRR catalysts. Density functional theory calculations revealed the electron-deficient character of Mo dopants that delivered multi-functions for NRR enhancement: (1) inducing a defect level to promote the conductivity of MnO2, (2) serving as the key NRR active sites, (3) activating the inert Mn sites for enhancing the intrinsic NRR activity of MnO2, (4) retarding the binding of Lewis acid H+ to suppress the hydrogen evolution reaction.
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