近日，化學化工學院（省部共建煤炭高效利用與綠色化工國家重點實驗室）羅民教授負責的能源和環境材料研究團隊，在電催化固氮研究方面取得新進展。研究成果在線發表在美國ACS數據庫國際著名學術期刊《ACS applied materials & interface》（Impact Factor 2018: 8.456）。論文題目：“MOF-derived Co3O4@NC with core-shell structures for N2electrochemical reduction under ambient conditions”；DOI：10.1021/acsami.9b07100.寧夏大學化學化工學院（省部共建煤炭高效利用與綠色化工國家重點實驗室）羅民教授和李曉曼講師為本文的通訊作者，2017級應用化學專業碩士生駱詩劍同學為論文第一作者。
該課題組通過兩步法（碳化和氧化熱處理工藝）調控制備基于金屬有機框架材料的納米復合電催化劑材料，獲得了具有新穎核殼結構的Co3O4@NC用于常溫電化學固氮（NRR）的高效電催化劑。該新型復合催化劑在0.05 M H2SO4電解液中，氨產率和法拉第效率達到42.58 μg/h/mg和8.49%，優于目前已有報道的絕大多數NRR電催化劑。實驗表明，其優越的合成氨性能源于Co3O4中高濃度的氧空位和氮摻雜多孔炭的協同作用，此外，由于氮氣被約束在“殼”內更有利于進行高頻碰撞并增加NRR中間產物的濃度，提高控制步驟的反應速率，能夠進一步提高電催化性能。
氨作為一種常見的化工原料被廣泛用于工、農業生產和能源儲存轉化等領域。目前，全球氨產量約為1.5億噸/年，主要依賴于Haber-Bosch反應來實現，但該技術不僅耗能巨大，且排放大量的溫室氣體CO2。因此，在能源危機和環境問題日益凸顯的全球背景下，尋找一種綠色環保、低能耗的合成氨方法具有重要意義。近年來，電化學固氮（還原氮氣生成氨反應，NRR）逐漸成為了一種研究廣泛的合成氨新路徑。該研究工作是電催化固氮領域研究的重要進展，不僅開發了一種新型、高效的電催化劑，也為在電催化固氮領域探索更多廉價、綠色的非貴金屬催化劑材料提供了一條可行的研究思路與實驗依據。
上述研究工作得到了國家自然科學基金（Nos. 21561026, 21802078, 21361020）、“化學工程與技術”一流學科“煤基儲能與光電催化材料”科研創新團隊項目(Grant No. NXY-LXK2017A04)和寧夏自然科學基金等項目資助。
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b07100
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/SE/C9SE00691E#!divAbstract
https://doi.org/10.1039/D0TA01154A