Emerging p-Block-Element-Based Electrocatalysts for Sustainable Nitrogen Conversion

电合成 催化作用 氨生产 法拉第效率 氮气 材料科学 产量(工程) 纳米技术 电化学 化学 有机化学 冶金 电极 物理化学
作者
Chade Lv,Jiawei Liu,Carmen Lee,Qiang Zhu,Jianwei Xu,Hongge Pan,Can Xue,Qingyu Yan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (10): 15512-15527 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c07260
摘要

Artificial nitrogen conversion reactions, such as the production of ammonia via dinitrogen or nitrate reduction and the synthesis of organonitrogen compounds via C-N coupling, play a pivotal role in the modern life. As alternatives to the traditional industrial processes that are energy- and carbon-emission-intensive, electrocatalytic nitrogen conversion reactions under mild conditions have attracted significant research interests. However, the electrosynthesis process still suffers from low product yield and Faradaic efficiency, which highlight the importance of developing efficient catalysts. In contrast to the transition-metal-based catalysts that have been widely studied, the p-block-element-based catalysts have recently shown promising performance because of their intriguing physiochemical properties and intrinsically poor hydrogen adsorption ability. In this Perspective, we summarize the latest breakthroughs in the development of p-block-element-based electrocatalysts toward nitrogen conversion applications, including ammonia electrosynthesis from N2 reduction and nitrate reduction and urea electrosynthesis using nitrogen-containing feedstocks and carbon dioxide. The catalyst design strategies and the underlying reaction mechanisms are discussed. Finally, major challenges and opportunities in future research directions are also proposed.
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