Vacancy Engineering of Iron‐Doped W18O49 Nanoreactors for Low‐Barrier Electrochemical Nitrogen Reduction

电化学 纳米反应器 空位缺陷 兴奋剂 化学 无机化学 氮气 材料科学 电极 物理化学 结晶学 纳米技术 纳米颗粒 光电子学 有机化学
作者
Yueyu Tong,Haipeng Guo,Daolan Liu,Xiao Yan,Panpan Su,Ji Liang,Si Zhou,Jian Liu,Gao Qing Lu,Shi Xue Dou
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:59 (19): 7356-7361 被引量:266
标识
DOI:10.1002/anie.202002029
摘要

The electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR) is a promising energy-efficient and low-emission alternative to the traditional Haber-Bosch process. Usually, the competing hydrogen evolution reaction (HER) and the reaction barrier of ambient electrochemical NRR are significant challenges, making a simultaneous high NH3 formation rate and high Faradic efficiency (FE) difficult. To give effective NRR electrocatalysis and suppressed HER, the surface atomic structure of W18 O49 , which has exposed active W sites and weak binding for H2 , is doped with Fe. A high NH3 formation rate of 24.7 μg h-1 mgcat -1 and a high FE of 20.0 % are achieved at an overpotential of only -0.15 V versus the reversible hydrogen electrode. Ab initio calculations reveal an intercalation-type doping of Fe atoms in the tunnels of the W18 O49 crystal structure, which increases the oxygen vacancies and exposes more W active sites, optimizes the nitrogen adsorption energy, and facilitates the electrocatalytic NRR.
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