2021年9月2日,张佳楠课题组题为《Boosting Nitrogen Reduction to Ammonia on FeN4 Sites by Atomic Spin Regulation》的文章在Advanced Science杂志上正式发表!
目前,电子调控工程被认为是提高电催化剂活性的有效方法。为了探讨自旋对电催化反应的作用,在这项工作中,我们设计了异质单原子 (h-SA) NRR电催化剂,以揭示过渡金属中 3d 轨道的自旋转变对于氮还原反应(NRR)活性的影响。结果表明,Mo SAs的添加调整了Fe SAs的3d轨道电子排列,导致Fe的自旋态发生变化,从而促进N2活化过程。
有以下几个亮点:
1. 通过低温熔融聚合成功合成了双金属原子分散的聚酞菁铁钼(FeMoPPc)。
2. 添加Mo SAs后,成功改变了Fe的自旋态,从高自旋(dxy2dyz1dxz1dz21dx2-y21)变为中自旋(dxy2dyz2dxz1dz21),Fe的未配对电子减少,有利于π的反向贡献,促进与*N2未配对电子成键,从而加速第一步氢化过程。
3. 自旋状态改变引起Fe位点电荷密度增加,促进了N2的吸附。同时,Mo位点上吸附的H中间体可通过氢气溢流辅助N2加氢。
4. 与具有高自旋 FeN4的FePPc和具有MoN4的MoPPc相比,具有中自旋FeN4的FeMoPPc的法拉第效率分别比他们高出2.0和9.0倍,NH3产率分别高出2.0和17.2倍,优于许多报道的Fe基和Mo基催化剂。
文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202102915
DOI:10.1002/advs.202102915