等离子体自由基调控氮掺杂石墨碳负载铂的合成用于常压氨合成

《Nature Communications》：Plasma radicals control synthesis of platinum supported on nitrogen-doped graphitic carbon for ambient-pressure ammonia synthesis

　　

摘要

在高掺杂、结构有序的碳基体中整合孤立的金属原子和亚纳米团簇仍然面临挑战，因为热合成过程会促进掺杂剂损失、金属迁移和结构无序化。我们报道了一种双相液-液溶液等离子体策略，该方法能够制备出氮含量高达创纪录的22.4 at%的氮掺杂石墨碳，同时稳定原子分散的铂位点和亚纳米团簇。通过对53种循环有机前驱体进行光学发射光谱和机器学习分析，确定CN和C₂自由基是氮掺入和石墨化有序化的正性描述符，而H_β发射与氢端基化和无序化相关。在常压非热等离子体辅助氨合成中，将该材料用作催化剂实现了3.97 g_NH3 kWh^?1的产率，并可持续运行85小时而无降解。红外光谱、同位素交换实验和密度泛函理论结果均与一种协同催化路径一致，该路径涉及孤立铂位点的氮活化、铂团簇上的加氢反应，以及Pt–N_x–C结构对类Mars–van Krevelen机制的贡献。