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內大張軍/高瑞/劉寶倉Adv. Sci.: 原子Bi摻雜，穩定又高效！Bi單原子與TiN納米棒的電子耦合促進NRR

電催化氮還原反應(NRR)是傳統Haber-Bosch工藝的有前途的替代方案。然而，緩慢的動力學和競爭性析氫反應(HER)導致NH₃產率低和法拉第效率(FE)低。因此，對于氮還原反應(NRR)，設計并開發具有高效率和高選擇性的電催化劑至關重要。

基于此，內蒙古大學張軍、高瑞和劉寶倉等將單個Bi原子摻入中空氮化鈦納米棒封裝在碳布(NC/Bi SAs/TiN/CC)上的氮摻雜碳層(NC)中，用于電催化NRR。

該催化劑作為集成電極時，在-0.8 V_RHE下具有76.15 μg mg_cat^-1 h^-1(9859 μg μmol_Bi^-1 h^-1)的優異氨產率和24.60%的高法拉第效率，在0.1 M Na₂SO₄溶液中在-0.5 V_RHE下連續運行10小時后仍能保持穩定的性能，超過了絕大多數報道的Bi基NRR催化劑。

另外，在-0.8 V_RHE的電位下進行10小時的長期NRR測試后，NC/Bi SAs/TiN/CC的電流密度仍保持在初始值的94.2%，表明其具有優異的穩定性。

研究人員將各種表征與理論計算相結合，揭示了具有多孔結構的獨特整體核殼構型賦予了豐富的活性位點、出色的電荷轉移性能和良好的穩定性，而Bi SAs和TiN的協同作用可以促進TiN表面上N₂氫化成NH₃*以及在Bi SA位點上解吸NH₃*以釋放NH₃。

本文展示的設計開辟了一條可行的途徑，通過合理設計各種電化學反應的單原子的結構、組成和電子構型來制造各種3D自支撐單原子電催化劑。

Boosting Nitrogen Reduction Reaction via Electronic Coupling of Atomically Dispersed Bismuth with Titanium Nitride Nanorods. Advanced Science, 2021. DOI:10.1002/advs.202104245

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