Targeted Modulation of Competitive Active Sites toward Nitrogen Fixation via Sulfur Vacancy Engineering Over MoS2

选择性 空位缺陷 催化作用 材料科学 氧化还原 密度泛函理论 氮气 电催化剂 解吸 硫黄 吸附 物理化学 化学 计算化学 电化学 结晶学 电极 有机化学 冶金
作者
Hao Fei,Ruoqi Liu,Jian Wang,Ting Guo,Zhuangzhi Wu,Dezhi Wang,Fangyang Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (36) 被引量:41
标识
DOI:10.1002/adfm.202302501
摘要

Electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) offers an environmentally benign and sustainable alternative for NH3 synthesis. However, developing NRR electrocatalysts with both high activity and selectivity remains a significant challenge. Guided by the density functional theory (DFT) calculations and further verified by the experiment, a modulated MoS2 with well-controlled S vacancies (MoS2-Vs) is prepared as an excellent electrocatalyst for NRR, where both the activity and selectivity of NRR mightily rely on the S-vacancy concentration. The optimized catalyst (MoS2-7H) in a suitable S-vacancy concentration (17.5%) is empowered with an excellent NRR activity (NH3 yield rate: 66.74 µg h−1 mg−1 at −0.6 V) and selectivity (Faradic efficiency (FE): 14.68% at −0.5 V). Further mechanistic study reveals that the NRR performance is powerfully concentration-dependent since its activity is enhanced due to the S-vacancy-strengthened N2 adsorption and reduced reaction energy barrier. Simultaneously, its selectivity is synchronously improved by the steadily enhanced NRR activity and inversely suppressed hydrogen evolution reaction through limiting H2 desorption kinetics, which sets it markedly apart from other reported defective MoS2-based catalysts.
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