北京航空航天大学Yujie Zhu课题组--还原氧化石墨烯中掺氯增强电还原合成氨

作为取代Haber-Bosch过程的可行方法之一，电化学合成氨近来引起了极大的研究兴趣。然而，大多数电催化剂显示出低的合成氨产率。在这项研究中，报道了氯掺杂还原氧化石墨烯，可以有效催化电还原氮气合成氨。施加电位为-0.3 V（vs RHE），掺氯的还原氧化石墨烯实现了合成氨产率达70.9 μg h-1 mgcat-1（2.84 μg h-1 cm-2），法拉第效率（FE）为5.97％，该性能优于大多数无金属催化剂。实验结果表明，氯掺杂大大增强了缺陷结构，这有利于氮吸附。密度泛函理论计算证明了这一分析结果，进一步揭示了吸附的氮通过远端途径而还原。这些结果归结为氯适宜的电负性，可以诱导相邻碳原子的电子再分布，这有利于N2的电还原。该研究工作提出了一种新奇的非金属碳素材料应用于电还原氮气合成氨。

Figure 1.（a）Cl-RGO的TEM图像。（b）Cl-RGO样品中C-（红色），O（绿色）和Cl（黄色）的TEM EDS元素映射。（c）RGO和Cl-RGO的FT-IR光谱。（d）RGO和Cl-RGO的紫外可见光谱。

Figure 2.（a）Cl-RGO的C 1s XPS光谱。（b）Cl-RGO的Cl 2p XPS光谱。（c）RGO和Cl-RGO的拉曼光谱。（d）RGO和Cl-RGO的N2 TPD曲线。

Figure 3.（a）Cl-RGO在N2-和Ar饱和的0.05 M H2SO4溶液中的LSV曲线。（b）Cl-RGO在不同施加电压的计时电流曲线。（c）在各种施加电势下Cl-RGO的NH3产率（左y轴）和FE（右y轴）。（d）Cl-RGO的循环稳定性，施加电压−0.3V。

Figure 4. （a-b）N2在不同位置处的吸附能，绿色和灰色的球体分别代表Cl和C原子。（c）NRR反应期间，在Cl− C-C2位置吸附N2时发生远端机制的自由能图。

该研究工作由北京航空航天大学Yujie Zhu课题组于2020年发表在ACS Catalysis期刊上。原文：Enhancing Nitrogen Electroreduction to Ammonia by Doping Chlorine on Reduced Graphene Oxide。