氧配位的单锰位点用于高效电催化硝酸盐还原为氨

摘要 电催化硝酸盐还原反应因其低碳排放和环境保护的目标而引起了越来越多的关注。在此，我们报告了一种高效的NitRR催化剂，由具有原子分散氧（O）配位的单锰位点组成，锰位点嵌入于细菌纤维素转化的石墨碳（Mn–O–C）上。通过X射线吸收光谱确认了在碳表面暴露的基面嵌入的原子分散的Mn–(O–C 2 ) 4 基团的证据。因此，合成的Mn–O–C催化剂在氨（NH 3）产率速率（R NH3）为1476.9 ± 62.6 μg h − 1 cm − 2，电压为−0.7 V（相对于可逆氢电极，RHE）下，具有优越的NitRR活性，在−0.5 V（相对于RHE）下，法拉第效率（FE）为89.0 ± 3.8%，在常温条件下。进一步地，在实际流动电池中评估时，Mn–O–C在电流密度为100 mA cm − 2下显示出高达3706.7 ± 552.0 μg h − 1 cm − 2的R NH3，是H电池的2.5倍。原位FT-IR和拉曼光谱研究结合理论计算表明，Mn–(O–C 2 ) 4位点不仅有效抑制了竞争性氢气演化反应，还大大促进了硝酸盐（NO 3 −）的吸附和活化，从而提高了氨的法拉第效率和选择性。