Fe‐VS2 Electrocatalyst with Organic Matrix‐Mediated Electron Transfer for Highly Efficient Nitrogen Fixation

电子转移 电催化剂 电化学 氮气 无机化学 化学 固氮 电极 电子 材料科学 化学工程 纳米技术 光化学 物理化学 有机化学 物理 量子力学 工程类
作者
Ziyuan Xiu,Ming Zheng,Jiadong Li,Wei Feng,Changchang Dong,Mingrui Zhang,Xin Zhou,Xiaojun Han
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:15 (16) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/cssc.202200741
摘要

Abstract Electrochemical N 2 fixation is considered to be a promising alternative to Haber–Bosch technology. Inspired by the composition and structure of natural nitrogenase, Fe‐doped VS 2 nanosheets were prepared via one‐step solvothermal method. The electron transfer system mediated by organic conductive polymer (1‐AAQ‐PA) was constructed to promote the electron transfer between Fe‐VS 2 nanosheets and the electrode in electrocatalytic N 2 reduction reaction (NRR). The obtained 1‐AAQ‐PA−Fe‐VS 2 electrode converted N 2 to NH 3 with a yield of 31.6 μg h −1 mg −1 at −0.35 V vs. reversible hydrogen electrode and high faradaic efficiency of 23.5 %. The introduction of Fe dopants favored N 2 adsorption and activation, while the Li−S bond between Fe‐VS 2 and Li 2 SO 4 effectively inhibited hydrogen evolution. The highly efficient electron utilization in the electrocatalytic NRR process was realized using the 1‐AAQ‐PA as the electron transfer medium. Density functional theory calculations showed that N 2 was preferentially adsorbed on Fe and reduced to NH 3 via both distal and alternating mechanism.
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