通过结合理论与操作测量方法，理解钒氧氮化物薄膜在N2还原为氨过程中的活性与稳定性

《Small Methods》：Understanding the Activity and Stability of Vanadium Oxynitride Thin Films for N2 Reduction to Ammonia by Combining Theory and Operando Measurements

电催化合成氨的钒基氧化物（VON）催化剂通过原位表征发现其稳定性显著提升，氮气环境中S数值达4倍，表面空位被晶格氧填充机制（Mars-van Krevelen）解释。氨产率达1.5小时，但法拉第效率仅1-2%。

　　

摘要

电催化氮还原反应（NRR）生成氨气为哈伯-博施工艺提供了一种可持续的替代方案。在模拟研究中，钒氧氮化物（VON）被提出作为通过Mars-van Krevelen机制实现NRR的有前景的催化剂。然而，由于可能存在的不稳定性导致的氮元素流失，研究含氮材料用于NRR过程具有挑战性。因此，设计良好且严谨的实验对于评估这些材料在NRR操作下的稳定性和活性至关重要。为了解决这一问题，对VON薄膜进行了原位（operando）测量，以评估金属溶解情况（稳定性）和氨气生成量（活性）。本研究引入了一个修正后的稳定性参数（S数），用于量化每溶解一个金属离子所产生的氨气量。VO_0.19N_0.81在氮气（N₂）氛围下的S数是氩气（Ar）氛围下的四倍以上，表明其在NRR条件下的稳定性有所提高。尽管法拉第效率较低（1–2%），但观察到氨气生成可以持续超过1.5小时，这表明其具有潜在的催化活性。此外，模拟结果表明，在存在晶格氧的情况下，表面空位的重新填充更为有利，从而从机制上解释了VON在氮气氛围下比在氩气氛围下稳定性更高的原因。本研究为开发更稳定的催化剂奠定了基础，并为NRR领域引入了新的评估指标，有助于报告可靠的结果。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。