在硫化铋纳米棒上锚定金促进环境条件下人工电催化氮还原反应

NH₃在地球生态系统中扮演着越来越重要的角色。NH₃是世界上产量最大的无机化合物之一，也是不可替代的活性氮源，在维持地球生命、生产农业肥料和医药产品等方面发挥着重要作用。

更值得注意的是，NH₃被认为是一种有前途的储能中间体和清洁能源载体，具有非常高的氢含量(17.7 wt %)和高重力能量密度(3 kW h kg^-1)。虽然NH₃的广泛应用得到了发展，但目前还没有一种资源节约型和环境友好型的具体工业合成方案。

到目前为止，大多数合成NH₃是通过工业Haber-Bosch方案使用氮气和氢气制造的。这种反应需要苛刻的温度(400-500°C)和压力(150-200 atm)，这始终是一个致命的缺陷。幸运的是，许多研究人员在低能耗、低污染排放的人工NH₃合成方面取得了很大进展，如光催化NH₃合成、电催化NH₃合成和生物合成NH₃。考虑到现有的基础设施和可再生能源的电力，电催化氮还原反应(NRR)已成为在环境条件下合成NH₃的一种有趣的方法。

在Zhao等人^[1]工作中，金纳米颗粒(Au NPs)成功地锚定在硫化铋纳米棒(Bi₂S₃ NRs)上，作为高效的电催化NRR催化剂。Bi的亲N性质和Au-S-Bi独特的相互配位可以极大地促进氮的吸附，形成中间产物N₂H*，通过连续加氢反应实现NRR活性的大幅提高。合成的Au(111)@Bi₂S₃纳米棒催化剂具有良好的NH₃生成速率，为45.57 μg h-1 mgcat。在−0.8 V vs可逆性氢电极下，faradic效率为3.10%。

在整个电催化NRR过程中也证明了高稳定性和可重复性。通过密度泛函理论计算，进一步了解Au(111)@Bi₂S₃纳米棒催化剂的NRR催化机理。

[1] Zhao L, Zhou J, Zhang L, et al. Anchoring Au(111) on a Bismuth Sulfide Nanorod: Boosting the Artificial Electrocatalytic Nitrogen Reduction Reaction under Ambient Conditions[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(50).

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