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17日，記者從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院了解到，該院固體所環(huán)境與能源納米材料中心團(tuán)隊(duì)在常溫常壓下電催化合成氨研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次采用一種可控合成策略制備新型氧配位結(jié)構(gòu)原子級(jí)分散的雙金屬鐵-鈷電催化劑，實(shí)現(xiàn)了高效電催化合成氨，并以相關(guān)制備技術(shù)獲得一項(xiàng)授權(quán)發(fā)明專利，研究成果日前發(fā)表于國(guó)際期刊《自然?可持續(xù)性》。

中科院合肥研究院供圖

氨是一種重要的化工原料和能源載體，主要是通過(guò)高溫和高壓的哈伯-博施法工藝路線工業(yè)生產(chǎn)。而電催化氮還原(NRR)合成氨可在常溫常壓下進(jìn)行，且以水和氮?dú)庾鳛樵?，被認(rèn)為是一種潛在的綠色合成氨技術(shù)。但是，當(dāng)前NRR合成氨面臨的一大挑戰(zhàn)是氨產(chǎn)率和法拉第均較低。因此，設(shè)計(jì)并發(fā)展具有高氨產(chǎn)率和法拉第效率的電催化劑成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。迄今為止，單原子催化劑(SAC)因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)受到廣泛關(guān)注，且已被證實(shí)具有高效的NRR活性。但由于無(wú)法精確控制SAC合成過(guò)程中所需的負(fù)載密度和活性位點(diǎn)配位結(jié)構(gòu)，極大阻礙了SAC合理設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

研究人員在前期利用生物質(zhì)作為前驅(qū)體制備了一系列單原子催化劑的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出一種吸附調(diào)節(jié)的合成方法，采用食人魚(yú)溶液預(yù)處理的細(xì)菌纖維素(BC)作吸附調(diào)節(jié)劑，結(jié)合碳熱還原法，通過(guò)雙金屬配位將鐵-鈷錨定在BC衍生的碳上。研究揭示了鐵/鈷離子在BC上的吸附和其初始吸附濃度，以及BC上浸漬的鐵/鈷離子和轉(zhuǎn)化為BC衍生碳上負(fù)載的定量關(guān)系，該定量關(guān)系可以用來(lái)指導(dǎo)可控合成具有所需鐵-鈷含量和原子比的鐵-鈷雙原子電催化劑。

該成果通過(guò)可控合成策略成功制備了具有高活性和高穩(wěn)定性的鐵-鈷雙原子電催化劑，為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)高性能雙原子電催化劑開(kāi)辟了一條新的途徑。

關(guān)鍵詞： 常溫常壓下 國(guó)際期刊 迄今為止 科學(xué)研究院 研究人員