Oxygen Vacancy–Enhanced Electrocatalytic Performances of TiO2 Nanosheets toward N2 Reduction Reaction

材料科学 催化作用 电催化剂 氧气 纳米结构 退火(玻璃) 密度泛函理论 空位缺陷 化学工程 选择性 析氧 纳米技术 无机化学 电极 电化学 物理化学 化学 计算化学 结晶学 有机化学 工程类 复合材料
作者
Caihong Fang,Ting Bi,Xiaojun Xu,Nan Ye,Zhiqing Cui,Ruibin Jiang,Baoyou Geng
出处
期刊:Advanced Materials Interfaces [Wiley]
卷期号:6 (21) 被引量:56
标识
DOI:10.1002/admi.201901034
摘要

Abstract Electrocatalysts play vital roles in the enhancement of the catalytic performances of the reduction reaction from N 2 to NH 3 at ambient conditions. This study reports oxygen vacancy–contained TiO 2 nanosheets, which are explored as efficient electrocatalysts toward the N 2 reduction reaction (NRR). Oxygen vacancies are introduced and tuned by annealing the as‐prepared TiO 2 nanostructures under H 2 /Ar atmosphere at different temperatures. The synergistic effect between the structural features and the morphological characteristics is the main reason for their high catalytic activities. Density functional theory calculations verify that the oxygen vacancies can greatly lower the energy barrier to activate the inert NN bonds for N 2 fixation. The 2D TiO 2 nanosheets provide abundant active sites on their surface. The highest generation rate of NH 3 is 2.83 times that of the as‐prepared TiO 2 nanostructures. The faradic efficiency is also increased. Furthermore, the oxygen vacancy–contained TiO 2 electrocatalysts also show a high selectivity and high stability during cycling measurements. These findings provide not only an efficient electrocatalyst but also a new methodology to rational design of catalysts toward NRR under ambient conditions.
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