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電子科技大學孫旭平課題組--超小Ru2P納米顆粒-還原氧化石墨烯雜化物:一種有效的電催化劑用于大氣環境下合成氨
       工業上合成NH3主要依賴于Haber–Bosch工藝,耗能大且排放大量二氧化碳。 電化學還原N2是一種環保且可持續的合成NH3技術,但實施該技術需要高效的N2還原電催化劑。在這項工作中,提出了Ru2P納米顆粒-還原氧化石墨烯雜化物,將其作為有效的電催化劑在大氣環境下進行人工固氮(N2-NH3),表現出優異的選擇性。 在0.1 M HCl電解液中進行電化學測試,結果表明:在0.05 V(相對于可逆氫電極)下,該雜化物的NH3產率高至32.8 μg h-1 m g-1,法拉第效率達13.04%。此外,它還表現出良好的電化學和結構穩定性。理論計算進一步表明Ru2P–rGO僅在低的活化能壘下就可實現有效催化N2還原合成NH3。

Figure 1. (a)Ru2P–rGO的XRD圖,(b)TEM圖,插圖為Ru2P的粒徑分布,(c)HRTEM圖,(d)SAED圖,(e)STEM和EDX元素分布。


Figure 2. XPS分析。(a)Ru2P–rGO的XPS總譜,高分辨(b)C 1s和Ru 3d,(c)Ru 3p和(d)P 2p區域。


Figure 3.在N2飽和的 0.1 M HCl溶液中的電化學測試。(a)Ru2P–rGO/CP在不同電壓下的計時電流曲線,(b)在不同電壓電解測試2 h后電解液的UV-vis吸收光譜,(c)NH3產率及對應電壓下的法拉第效率,(d)不同電極的NH3產率比較,(e)循環測試6次,(f)長期電解測試(24 h)。


Figure 4. (a-b)Ru2P–rGO吸附N2前后的最優幾何和Bader電荷結構,理論計算Ru2P–rGO催化NRR時的能量情況:(c)遠端機制和(d)交替機制。
       該研究工作由電子科技大學孫旭平課題組于2019年發表在J. Mater. Chem. A期刊上。原文:An ultrasmall Ru2P nanoparticles–reduced graphene oxide hybrid: an efficient electrocatalyst for NH3 synthesis under ambient conditions(DOI: 10.1039/c9ta10346e)。
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