哈伯法（Haber-Bosch process）作为上世纪最伟大的工业固氮工艺一直流传至今，大部分化工厂的合成氨工段仍采用该工艺流程进行制氨。然而，该过程涉及到高温高压的能源密集型条件，每年全球用在该过程的天然气占全年产量的3%～5%，并消耗全球一年能源供应的1%以上。此外，该过程制取氨气时会不可避免地释放大量CO₂，每生产1吨氨气会释放1.5吨左右的温室气体。因此，近几年提出的以氮气为原料通过绿色环保的电化学手段将其催化转化为氨气的研究课题受到广泛关注，但由于该过程的反应位点捕捉难度较大，反应机理的推导仍处于探索阶段。

受到过渡金属化合物在NRR领域的作用启发，南昌大学王珺教授团队用不同比例的Co、Ni合成了系列NiCo-LDH作为NRR过程的催化剂，在其表现出高效的催化性能后携手浙江大学周少东教授团队进行相关理论计算，在利用原位拉曼捕捉到Co作为NRR的催化位点后围绕该条件建立计算模型。计算结果显示，NiCo-LDH中存在Co-Co-Co、Co-Co-Ni、Co-Ni-Ni、Ni-Ni-Ni四种反应单元，Co和Ni的电负性差异使Co的外层电子向Ni偏移，使Co吸附位点在费米能级附近产生更高的空轨道分布密度，由此促进NRR的过程。而Ni的引入稳定了N2*加氢过程中中间体的吸附，有利于电子耦合电荷转移过程。此外，计算结果表明，比较四种反应单元HER的能量势垒，Co-Co-Co＜Co-Co-Ni＜Co-Ni-Ni＜Ni-Ni-Ni，这意味着随着Ni元素的引入，HER的能量势垒得到明显提高，抑制HER作为NRR竞争反应的发生，由此促进NRR过程的进行。该研究为LDH材料在NRR领域的应用提供了相关机理支持，有助于在氮还原反应上更高效LDH材料催化剂的设计。

论文信息：

{attr}3228{/attr}licate Tuning of the Ni/Co Ratio in Bimetal Layered Double Hydroxides for Efficient N2 Electroreduction

Zhi Zou, Lei Wu, Fangqi Yang, Chenliang Cao, Qiangguo Meng, Junhui Luo, Weizhen Zhou, Zhikun Tong, Dr. Jingwen Chen, Dr. Shixia Chen, Prof. Shaodong Zhou, Prof. Jun Wang, Prof. Shuguang Deng

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202200127