Recent advances in single- and dual-atom catalysts for efficient nitrogen electro-reduction and their perspectives

对偶(语法数字) 还原(数学) Atom(片上系统) 氮原子 氮气 催化作用 材料科学 纳米技术 化学 计算机科学 并行计算 数学 艺术 几何学 有机化学 文学类 生物化学 群(周期表)
作者
Joyjit Kundu,Toshali Bhoyar,Saehyun Park,Haneul Jin,Kwangyeol Lee,Sang‐Il Choi
出处
期刊:Advanced powder materials [Elsevier BV]
卷期号:4 (2): 100279-100279 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.apmate.2025.100279
摘要

Electrochemical nitrogen reduction reaction (ENRR) is emerging as a favorable option to the power-intensive Haber-Bosch process for ammonia synthesis. However, obstacles such as poor selectivity, low production rates, and competition against the hydrogen evolution reaction hinder its practical implementation. To address these, the design of highly active catalysts is critical. Single-atom catalysts (SACs) have shown great potential because of their maximized atom utilization, but their limited stability and low metal loading restrict their performances. On the other hand, dual-atom catalysts (DACs) are atomic catalysts with two metal atoms nearby and offer enhanced electrocatalytic performances by aligning with the N ​≡ ​N bond to enhance N 2 reduction efficiency, potentially overcoming the limitations of SAC. This review discusses recent advances in SACs and more importantly DACs for ENRR, highlighting their advantages, limitations, and the need for advanced characterization techniques to better understand catalyst behavior. The review concludes by underscoring the importance of research to optimize these catalysts for efficient and sustainable nitrogen fixation. This review discusses single-atom and dual-atom catalysts for electrochemical nitrogen reduction, focusing on maximizing atom utilization and activating nitrogen for ammonia production. It also addresses challenges and strategies for developing efficient, sustainable catalysts.
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