物理学 > 化学物理
[提交于 2024年12月27日
]
标题: 吡咯型与吡啶型 M-N-C 催化剂在电催化硝酸盐还原中的关键步骤和不同性能趋势
标题: The Key Steps and Distinct Performance Trends of Pyrrolic vs. Pyridinic M-N-C Catalysts in Electrocatalytic Nitrate Reduction
摘要: 电化学硝酸盐还原反应(NO3RR)为常温下合成氨提供了一种可持续的途径。 尽管金属-氮-碳(M-N-C)单原子催化剂已被视为NO3RR的有前途的候选材料,但其催化行为背后的结构-活性关系仍有待阐明。 通过系统分析已报道的实验数据以及在可逆氢电极(RHE)尺度上的pH场耦合微动力学建模,我们发现,协调依赖性活性源于由金属-中间体相互作用所控制的不同缩放关系。 M-N-吡咯型催化剂在氨生产中表现出更高的转换频率,而M-N-吡啶型催化剂则在活性火山图上表现出更宽的活性范围。 同时,硝酸盐的吸附和质子化步骤,在许多先前的报告中常被忽略和/或假设为同时发生,被确定为NO3RR的速率决定步骤(RDS)。 值得注意的是,我们随后的实验验证在中性和碱性条件下确认了理论预测。 本研究为解释M-N-C催化剂在NO3RR中的电催化活性提供了全面的机制框架,表明经典的热力学限制电位模型不足以准确捕捉RDS以及不同材料的催化性能趋势(即使是在M-N-吡咯型和M-N-吡啶型催化剂上)。 这些发现为NO3RR的反应机制提供了全新的见解,并建立了电催化合成氨的基本设计原则。
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