化工与化学学院博士生吕查德在电催化固氮领域取得重要成果

哈工大报讯（王计/文）我校化工与化学学院陈刚教授指导的博士生吕查德在电催化固氮领域的研究取得重要进展。研究成果发表于化学领域顶级期刊《德国应用化学》（《Angewandte Chemie International Edition》，影响因子12.102），论文题目为《一种能够在常温常压条件下固氮的无定形非贵金属电催化剂》，同时该文章为ESI热点文章（0.1%）。陈刚教授为文章通讯作者，博士生吕查德为第一作者，哈工大为第一通讯单位。

氮气还原合成氨反应（固氮反应）对于巩固全球的农业发展具有深远意义。近百年来，工业上合成氨依旧依赖Haber-Bosch反应。该反应虽然可以高效地固氮，然而其能耗大（占全球近1.4%的能源消耗）且污染高（占全球近1.6%的CO₂排放）等问题无法解决。近期，电催化固氮技术由于具有常温常压操作且对环境友好等特点，被国内外学者广泛研究与探索，并被认为是最有前景的合成氨技术以取代Haber-Bosch反应。目前，作为电催化固氮技术的核心，所使用的电催化剂主要集中于贵金属，其高昂的成本与较低的效率制约着该技术的发展。因此，研发高效的非贵金属基电催化剂以同时实现成本降低与产率提高迫在眉睫。

博士生吕查德通过静电纺丝法制备了一种新型的含无定形结构的非贵金属基Bi4V2O11/CeO2复合电催化剂。由于存在盐梯度效应，所得复合催化剂具有纳米管状结构，且空心结构的构筑使Bi4V2O11组分无定形化。无定形的Bi4V2O11含有大量的缺陷结构，为固氮反应提供充足的催化反应位点。此外，复合催化剂中的两种半导体形成能带错配，促进界面电荷转移，从而加速了电化学反应。电催化氮还原性能测试发现，含无定形结构的复合催化剂相比结晶相与单相的催化剂，具有更高的NH3产率与显著提升的法拉第效率。

此项研究工作得到了国家自然科学基金及德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授的合作支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201801538

封面链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.201803952