Biomimetic FeMo(Se, Te) as Joint Electron Pool Promoting Nitrogen Electrofixation

电化学 密度泛函理论 固氮 催化作用 电子结构 氮气 化学 电子 产量(工程) 材料科学 纳米技术 化学物理 结晶学 计算化学 物理化学 电极 物理 复合材料 有机化学 量子力学
作者
Yuntong Sun,Shan Ding,Baokai Xia,Jingjing Duan,Markus Antonietti,Sheng Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:61 (16): e202115198-e202115198 被引量:83
标识
DOI:10.1002/anie.202115198
摘要

It has been long believed that the FeMoS structure, where Fe is bonded with S, plays a pivotal role as a biomimetic catalyst for electrochemical nitrogen (N2 ) fixation. Nevertheless, the structure of Fe bonded to heavier analogues (Se or Te) has never been explored for N2 electrofixation. Here, we theoretically predict the electronic structure of FeMo(Se, Te) composed of tri-coordinated Fe species with open shells for binding with Se, which forms a joint electron pool for promoting N2 activation. Guided by this interesting prediction, we then demonstrate a two-step procedure to synthesize such structures, which display remarkable N2 electrofixation activities with an ammonia yield of 72.54 μg h-1 mg-1 and a Faradic efficiency of 51.67 % that are more than three times of the FeMoS counterpart. Further mechanism studies have been conducted by density function theory (DFT) simulations. This work provides new clues for designing versatile electrocatalytic materials for large-scale industrialization.
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