一种Cu14(dppy)7(dmbt)3螯合结构簇，用于增强电催化氮还原为氨的反应性能

《Journal of Materials Chemistry A》：A Cu14(dppy)7(dmbt)3 cluster of chelating structure for enhanced electrocatalytic nitrogen reduction to ammonia

可持续氨生产中，铜纳米簇（Cu14）固定于石墨烯载体（Cu14 G）实现高效电催化氮还原（ENRR），产率达3.58 μg h?1 cm?2，法拉第效率55.96%，过电位-0.8 V。其优势源于石墨烯的导电性和结构稳定性，抑制副反应并促进电荷转移，长期稳定性优异。

　　

对可持续生态系统的迫切需求推动了从能耗较高的哈伯-博施（Haber–Bosch）工艺向电催化氮还原反应（ENRR）的转变，从而实现了利用可再生能源进行可持续的氨生产。在这项研究中，我们合成了一个Cu₁₄(dppy)₇(dmbt)₃纳米簇（Cu₁₄ NC），并将其负载在石墨烯上作为高效的ENRR催化剂进行了研究。这些负载在石墨烯上的Cu₁₄ NCs（Cu₁₄ G）在0.1 M KOH溶液（H型电池装置）中，于-0.8 V（相对于RHE）的低过电位下，表现出3.58 μg h^-1 cm^-2的优异氨产率以及55.96%的法拉第效率（FE）。值得注意的是，Cu₁₄ G NCs完全抑制了肼的生成，并且其性能超过了Cu₁₄ NCs在TiO₂、CeO₂、氧化石墨烯、MXene或无载体基底上的表现。此外，Cu₁₄ G催化剂还展现了卓越的长期稳定性。其性能的提升得益于石墨烯优异的导电性以及其与螯合结构的Cu₁₄ NCs之间的牢固接触：这种接触稳定了关键中间体，促进了电荷转移，并抑制了竞争性的氢气释放途径。这些发现凸显了铜簇催化剂在氮固定方面的潜力，有助于实现分散式、可持续的氨生产。