Tailoring Electron‐Riched Boron Sites in BCN for Nitrogen Fixation via Alternate Mechanism

催化作用 电子顺磁共振 材料科学 氨生产 法拉第效率 密度泛函理论 电化学 氮气 无机化学 光化学 化学 物理化学 计算化学 核磁共振 有机化学 物理 电极
作者
Yutong Yang,Yin Wang,Xia Wang,Shaoqing Chen,Limei Duan,Wei Zhang,Wanfei Li,Jinghai Liu
出处
期刊:Advanced Materials Interfaces [Wiley]
卷期号:9 (5) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/admi.202101842
摘要

Abstract The electrochemical nitrogen reduction reaction (eNRR) is promising for achieving sustainable ammonia (NH 3 ) production under mild conditions. However, it is still challenged by nitrogen activation and strong competition with the hydrogen evolution reaction. Here, it is revealed that fine‐tuning the local electron density of boron (B) sites at the boron carbon nitride (BCN) solid catalysts has significant effects on the eNRR activity and selectivity. The concentration of electron‐rich B sites at BCN catalysts are mediated by solid‐state reaction, where their electronic structures are confirmed by electron energy‐loss spectroscopy (EELS) and electron paramagnetic resonance (EPR). Over the density functional theory (DFT) calculations, the nitrogen (N 2 ) activation and reduction at an electron‐riched B site is through an alternate pathway with the determining‐step energy of only 0.92 eV. The optimized BCN5 catalyst with the highest ratio of electron‐riched B sites achieves an outstanding NH 3 production rate of 29.3 µg h −1 mg −1 cat and the highest Faradaic efficiency of 39%.
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