Dramatically Enhanced Ambient Ammonia Electrosynthesis Performance by In‐Operando Created Li–S Interactions on MoS2 Electrocatalyst

电合成 电催化剂 法拉第效率 材料科学 催化作用 氨生产 吸附 化学工程 可逆氢电极 氧化还原 电化学 无机化学 纳米技术 电极 物理化学 有机化学 化学 工程类 参比电极
作者
Yanyan Liu,Miaomiao Han,Qizhong Xiong,Shengbo Zhang,Cuijiao Zhao,Wanbing Gong,Guozhong Wang,Haimin Zhang,Huijun Zhao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (14) 被引量:199
标识
DOI:10.1002/aenm.201803935
摘要

Abstract The Haber‐Bosch process can be replaced by the ambient electrocatalytic N 2 reduction reaction (NRR) to produce NH 3 if suitable electrocatalysts can be developed. However, to develop high performance N 2 fixation electrocatalysts, a key issue to be resolved is to achieve efficient hydrogenation of N 2 without interference by the thermodynamically favored hydrogen evolution reaction (HER). Herein, in‐operando created strong Li–S interactions are reported to empower the S‐rich MoS 2 nanosheets with superior NRR catalytic activity and HER suppression ability. The Li + interactions with S‐edge sites of MoS 2 can effectively suppress hydrogen evolution reaction by reducing H* adsorption free energy from 0.03 to 0.47 eV, facilitate N 2 adsorption by increasing N 2 adsorption free energy from –0.32 to –0.70 eV and enhance electrocatalytic N 2 reduction activity by decreasing the activation energy barrier of the reaction control step (*N 2 → *N 2 H) from 0.84 to 0.42 eV. A NH 3 yield rate of 43.4 μg h −1 mg −1 MoS 2 with a faradaic efficiency (FE) of 9.81% can be achieved in presence of strong Li–S interactions, more than 8 and 18 times by the same electrocatalyst in the absence of Li–S interactions. This report opens a new way to design and develop catalysts and catalysis systems.
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