Unsaturated p-Metal-Based Metal–Organic Frameworks for Selective Nitrogen Reduction under Ambient Conditions

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作者
Yang Fu,Kangkang Li,Munkhbayar Batmunkh,Hai Yu,Scott W. Donne,Baohua Jia,Tianyi Ma
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (40): 44830-44839 被引量:85
标识
DOI:10.1021/acsami.0c13902
摘要

Electrochemical ammonia synthesis that utilizes renewable electricity in the nitrogen reduction reaction (NRR) has recently been remarkably considered. Of particular importance is to develop efficient electrocatalysts at low costs. Herein, highly selective nitrogen capture using porous aluminum-based metal-organic frameworks (MOFs) materials, MIL-100 (Al), is first designed for the electrochemical nitrogen fixation in alkaline media under ambient conditions. Owing to the unique structure, MIL-100 (Al) exhibits remarkable NRR properties (NH3 yield: 10.6 μg h-1 cm-2 mgcat.-1 and Faradaic efficiency: 22.6%) at a low overpotential (177 mV). Investigation indicates that the catalyst shows excellent N2-selective captures due to the unsaturated metal sites binding with N2. More specifically, as the Al 3p band can strongly interact with N 2p orbitals, Al as a main group metal presents a high and selective affinity to N2. The utilization of multifunctional MOF catalysts delivers both high N2 selectivity and abundant catalytic sites, resulting in remarkable efficiency for NH3 production.
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