Local Spin‐State Tuning of Iron Single‐Atom Electrocatalyst by S‐Coordinated Doping for Kinetics‐Boosted Ammonia Synthesis

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作者
Yan Li,Yaxin Ji,Yingjie Zhao,Junxiang Chen,Sixing Zheng,Xiahan Sang,Bin Yang,Zhongjian Li,Lecheng Lei,Zhenhai Wen,Xinliang Feng,Yang Hou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (28): e2202240-e2202240 被引量:204
标识
DOI:10.1002/adma.202202240
摘要

Abstract The electrochemical nitrogen reduction reaction (e‐NRR) is envisaged as alternative technique to the Haber–Bosch process for NH 3 synthesis. However, how to develop highly active e‐NRR catalysts faces daunting challenges. Herein, a viable strategy to manipulate local spin state of isolated iron sites through S‐coordinated doping (Fe SA ‐NSC) is reported. Incorporation of S in the coordination of Fe SA ‐NSC can induce the transition of spin‐polarization configuration with the formation of a medium‐spin‐state of Fe (t 2g 6 e g 1), which is beneficial for facilitating e g electrons to penetrate the antibonding π‐orbital of nitrogen. As a consequence, a record‐high current density up to 10 mA cm −2 can be achieved, together with a high NH 3 selectivity of ≈10% in a flow cell reactor. Both experimental and theoretical analyses indicate that the monovalent Fe(I) atomic center in the Fe SA ‐NSC after the S doping accelerates the N 2 activation and protonation in the rate‐determining step of *N 2 to *NNH.
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