Effect of Heteroatom and Charge Reconstruction in Atomically Precise Metal Nanoclusters on Electrochemical Synthesis of Ammonia

杂原子 纳米团簇 电催化剂 材料科学 催化作用 电化学 化学吸附 金属 光化学 纳米技术 物理化学 化学 电极 有机化学 戒指(化学) 冶金
作者
Meng Han,Minghao Guo,Yapei Yun,Yujun Xu,Hongting Sheng,Yanxia Chen,Yuanxin Du,Kun Ni,Yanwu Zhu,Manzhou Zhu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (29) 被引量:33
标识
DOI:10.1002/adfm.202202820
摘要

Abstract Although atomically precise metal nanoclusters (NCs) are widely used in catalysis, a wide gap exists between state‐of‐the‐art performance and practical requirements. Regulating the intrinsic activity of NCs is critical for the rational design and synthesis of highly efficient catalysts. Herein, M 4 Ni 2 NCs (M = Au, Ag) with improved electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) activity due to the introduction of Ni are synthesized, which significantly suppresses the H 2 generation competition reaction. Ag 4 Ni 2 NCs exhibit the best NRR activity at −0.2 V versus RHE with a NH 3 yield of 23.32 µg mg –1 h –1 and a faradic efficiency of 78.97% due to the higher N 2 chemisorption ability and lower rate‐determining barrier. Meanwhile, ligand partial detachment of NCs during electrocatalysis offers exposed active sites and induces the charge reconstruction, also contributing to the outstanding NRR performance. Based on the precise composition and structure, deep insights into the NRR mechanism at the atom level are provided by in situ Fourier‐transformed infrared spectroscopy and ab initial calculation. The study presents an efficient strategy based on heteroatom doping and charges reconstruction to promote NCs catalytic performance.

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