Intrinsic Electron Localization of Metastable MoS2 Boosts Electrocatalytic Nitrogen Reduction to Ammonia

材料科学 亚稳态 法拉第效率 电子转移 金属 电化学 氮气 吸附 化学物理 无机化学 光化学 电极 物理化学 化学 有机化学 冶金
作者
Gaoxin Lin,Qiangjian Ju,Xiaowei Guo,Wei Zhao,Samira Adimi,Jinyu Ye,Qingyuan Bi,Yuandong Wang,Minghui Yang,Fuqiang Huang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (32) 被引量:96
标识
DOI:10.1002/adma.202007509
摘要

Abstract The advancement of efficient electrocatalysts toward the nitrogen reduction reaction (NRR) is critical in sustainable ammonia synthesis under ambient pressure and temperature. Manipulating the electronic configuration of electrocatalysts is particularly vital to form metal–nitrogen (MN) bonds during the NRR through regulating the active electronic states of sites. Here, in sharp contrast to stable 2H MoS 2 without metal chains, MoMo bonding in metastable polymorphs of MoS 2 bulk (zigzag chain in the 1T′ phase and diamond chain in the 1T″′ phase) is discovered to significantly increase intrinsic electron localization around the metal chains. This can enhance the charge transfer from the adsorbed nitrogen molecule to the metal chains, allowing for boosted NRR kinetics. The electrochemical experiments show that the NH 3 yield rate and the faradaic efficiency of the metastable 1T″′ MoS 2 rich with abundant Mo–Mo bonds are about 9 and 12 times above average than those of 2H MoS 2 , correspondingly. Theoretical simulations reveal the high local electron density surrounding the MoMo chains and sites can promote π back‐donation, which is beneficial for increasing nitrogen adsorption, strengthening the MN bonds, and reducing the cleavage barrier of the triple NN bond.
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