镍/氧化钙-十二铝酸钙在微藻吸附增强蒸汽气化中的多功能性：吸附、催化与NOx前体控制

本文推荐一篇创新性研究，通过不对称氢化策略优化钒锚定氮掺杂石墨烯催化剂（V@Hx-N3G）在电催化氮还原反应（NRR）中的性能。研究结合密度泛函理论（DFT）与恒电位法，揭示部分氢化催化剂V@H5A-N3G的卓越活性（NRR极限电位低至?0.42 V）和选择性（较未氢化体系提升45.6%），并在实际电化学条件下实现?0.04 V vs. SHE的超低电位。该策略通过调控电子结构、d带中心和N2吸附强度，为高性能电催化剂设计提供新思路。

　　

Highlight

钒锚定氮掺杂石墨烯催化剂（V@H_x-N₃G）的不对称氢化策略，成功打破电催化氮还原反应（NRR）中活性与选择性的权衡壁垒。理论计算表明，部分氢化构型V@H_5A-N₃G的NRR极限电位低至?0.42 V，且对析氢反应（HER）的竞争抑制显著（选择性提升45.6%）。更令人振奋的是，在0.89 V外电位下，NRR电位进一步降至?0.04 V vs. SHE，展现出接近热力学平衡的催化效率。

Calculation details and methods

所有计算基于维也纳从头算模拟软件包（VASP），采用投影缀加波（PAW）方法和550 eV截断能。交换关联泛函选用RPBE版本的广义梯度近似（GGA），并引入DFT-D3校正范德华力。自旋极化设置与4×4×1 k点网格确保电子结构精度，而恒电位模型通过连续电荷调整模拟真实电化学环境。

Structures, stabilities and electronic properties of V@H_X-N₃G

通过锯齿形（zigzag）和扶手椅形（armchair）两种氢化模式构建V@H_X-N₃G催化剂（图1a-b）。有趣的是，不对称氢化形成的sp²/sp³杂化区域显著改变钒活性位点的局域电子密度，使d带中心下移0.7 eV，从而优化N₂吸附能（从?0.28 eV减弱至?0.15 eV）。这种“电子缓冲”效应既保持NRR活性，又通过提高HER过渡态能垒（+0.31 eV）增强选择性。

Conclusion

不对称氢化通过精准调控钒位点的配位微环境，实现NRR催化剂“活性-选择性”的协同提升。该研究为设计下一代高效氮还原电催化剂提供了理论范式，其“电子结构-吸附强度-d带中心”三位一体的调控机制可拓展至其他单原子催化体系。