将CrN纳米颗粒限制在掺氮的层次多孔碳基质中，以实现高效的电催化氮固定

《Canadian Journal of Chemical Engineering》：CrN nanoparticles confined into nitrogen-doped hierarchical porous carbon matrix for efficient electrocatalytic nitrogen fixation

氮还原反应（NRR）驱动下，基于廉价高效CrN@NC催化剂的电合成氨工艺有望替代传统哈伯-博施法。该催化剂通过一锅法热解和氮化制备，含高分散CrN纳米颗粒与多级孔氮掺杂碳基质。实验表明，CrN@NC在0.2V过电位下实现24.99μg mg?1cat h?1的氨产率，法拉第效率达13.53%，且选择性优异无联氨副产物。

　　

摘要

利用廉价且高效的电催化剂驱动的氮还原反应（NRR）进行电化学氨合成，已被证实是工业应用哈伯-博施（Haber–Bosch）工艺的一种潜在替代方法。基于氮化铬的纳米复合材料（CrN@NC）是通过一种“一锅法”热解和氮化工艺制备的，其中十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）被用作碳和氮的来源。在这种纳米复合材料中，氮化铬（CrN）纳米颗粒高度分散在分级多孔的氮掺杂碳基质中。CrN@NC具有丰富的活性位点、较大的表面积以及优异的导电性。由于其理想的结构，作为廉价的氮固定电催化剂，CrN@NC在氮还原反应中的性能明显优于纯氮化铬（CrN）。在Na₂SO₄溶液中，当过电位为?0.2?V（相对于RHE）时，CrN@NC的最大氨（NH₃）产率可达约24.99?μg?mg^?1_cat h^?1，法拉第效率（FE）为13.53%。此外，由于没有检测到肼副产物，CrN@NC还表现出良好的选择性。