硼氮桥联锰单原子催化剂实现高效电催化氮还原合成氨

本研究针对Haber-Bosch法合成氨存在的高能耗与高碳排放问题，报道了一种新型MnB2N2/C电催化剂。该催化剂通过Mn单原子与B2N2桥联结构，显著提升N2RR性能，在水相体系中实现37.15%的FENH3，气相体系中获得87.54 μg mgcat.?1 h?1的氨产率，为绿色合成氨提供了新策略。

　　

氨(NH₃)作为重要的能源载体和化肥原料，其传统Haber-Bosch合成过程存在高能耗和二氧化碳排放问题。研究人员开发了一种新型硼氮桥联锰单原子催化剂(MnB₂N₂/C)，该材料在常温常压下表现出卓越的电催化氮还原反应(N₂RR)活性。在水相体系中实现约37.15%的氨法拉第效率(FE_NH3)，其性能是传统MnN₄/C催化剂的2.1倍。在气相体系中更获得87.54 μg mg_cat.^?1 h^?1的氨生成速率和45.66%的FE_NH3。通过密度泛函理论(DFT)计算揭示，锰活性中心与相邻硼位点的协同作用有效降低了首步*N₂质子化能垒，同时抑制了竞争性氢演化反应(HER)，为绿色合成氨提供了新的设计思路。