作為取代Haber-Bosch過程的可行方法之一，電化學合成氨近來引起了極大的研究興趣。然而，大多數電催化劑顯示出低的合成氨產率。在這項研究中，報道了氯摻雜還原氧化石墨烯，可以有效催化電還原氮氣合成氨。施加電位為-0.3 V（vs RHE），摻氯的還原氧化石墨烯實現了合成氨產率達70.9 μg h-1 mgcat-1（2.84 μg h-1 cm-2），法拉第效率（FE）為5.97％，該性能優于大多數無金屬催化劑。實驗結果表明，氯摻雜大大增強了缺陷結構，這有利于氮吸附。密度泛函理論計算證明了這一分析結果，進一步揭示了吸附的氮通過遠端途徑而還原。這些結果歸結為氯適宜的電負性，可以誘導相鄰碳原子的電子再分布，這有利于N2的電還原。該研究工作提出了一種新奇的非金屬碳素材料應用于電還原氮氣合成氨。
Figure 1.（a）Cl-RGO的TEM圖像。（b）Cl-RGO樣品中C-（紅色），O（綠色）和Cl（黃色）的TEM EDS元素映射。（c）RGO和Cl-RGO的FT-IR光譜。（d）RGO和Cl-RGO的紫外可見光譜。
Figure 2.（a）Cl-RGO的C 1s XPS光譜。（b）Cl-RGO的Cl 2p XPS光譜。（c）RGO和Cl-RGO的拉曼光譜。（d）RGO和Cl-RGO的N2 TPD曲線。
Figure 3.（a）Cl-RGO在N2-和Ar飽和的0.05 M H2SO4溶液中的LSV曲線。 （b）Cl-RGO在不同施加電壓的計時電流曲線。（c）在各種施加電勢下Cl-RGO的NH3產率（左y軸）和FE（右y軸）。（d）Cl-RGO的循環穩定性，施加電壓−0.3V。
Figure 4. （a-b）N2在不同位置處的吸附能，綠色和灰色的球體分別代表Cl和C原子。（c）NRR反應期間，在Cl− C-C2位置吸附N2時發生遠端機制的自由能圖。
該研究工作由北京航空航天大學Yujie Zhu課題組于2020年發表在ACS Catalysis期刊上。原文：Enhancing Nitrogen Electroreduction to Ammonia by Doping Chlorine on Reduced Graphene Oxide。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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