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氮氣（N₂）電還原反應(yīng)（N₂ electroreduction reaction, NRR）為使用清潔能源生產(chǎn)氨氣（NH₃）提供了一種可行的替代方案。然而，它仍然受到相當(dāng)?shù)偷腘H₃產(chǎn)率和法拉第效率（Fe）的阻礙，主要是由于競爭性析氫反應(yīng)（HER）和極其穩(wěn)定的N≡N鍵。

基于此，皇家墨爾本理工大學(xué)馬天翼教授和遼寧大學(xué)孫穎副教授（共同通訊作者）等人報道了通過高溫?zé)峤怆p沸石咪唑骨架（ZIF）并進(jìn)行磷化，將鉍納米顆粒（Bi NPs）成功嵌入N和P共摻雜碳納米片（Bi/NPC）中，并用作NRR制NH₃的高效催化劑。

在0.1 M KHCO₃電解液中，Bi/NPC表現(xiàn)出優(yōu)異的NRR性能，在電壓為-0.6 V vs. RHE時NH₃產(chǎn)率為3.12 μg·h^-1 cm^-2，并且電壓為-0.4 V vs. RHE時FE為13.58%，同時在環(huán)境條件下具有長達(dá)36 h的顯著穩(wěn)定性。這種優(yōu)異的NRR催化活性主要歸功于固有的電催化NRR活性與Bi的惰性HER活性、N摻雜劑促進(jìn)N₂的吸附和活化以及優(yōu)異的電導(dǎo)率和大的比表面2D層狀碳基質(zhì)的面積。

值得注意的是，P摻雜劑提供的H源促進(jìn)了吸附N的氫化，從而進(jìn)一步提高了堿性電解質(zhì)中的NRR性能。Bi/NPC的超長耐久性歸因于高度分散的Bi催化活性中心限制在N和P共摻雜碳納米片的骨架中，這抑制了Bi中心的團聚。該工作為設(shè)計和制備用于NRR的高性能Bi基電催化劑提供了一條新途徑。

Bismuth stabilized by ZIF derivatives for electrochemical ammonia production: Proton donation effect of phosphorus dopants. Nano Research, 2022, DOI: 10.1007/s12274-022-4765-9.

https://doi.org/10.1007/s12274-022-4765-9.

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?馬天翼/孫穎Nano Research：Bi/NPC電催化劑助力NRR制氨

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