郑大张佳楠Adv. Sci.：成倍提高FE和产率！原子自旋调节促进FeN4位点上的氮还原为氨

2023年10月11日下午5:30 • 头条, 百家, 顶刊 • 阅读 18

了解活性位点的电子状态与N₂还原反应（NRR）性能之间的关系对于探索高效电催化剂至关重要。

近日，郑州大学张佳楠教授（通讯作者）等人报道了在聚酞菁（PPc）有机骨架中以明确的FeN₄和MoN₄配位形式存在的原子分散Fe和Mo位点，以研究FeN₄的自旋状态对NRR行为的影响。

研究发现，邻近的MoN₄可以调节FeN₄中Fe位点的自旋状态从高自旋（d_xy²d_yz¹d_xz¹𝑑_𝑧2¹𝑑_𝑥2-𝑦2¹）到中等自旋（d_xy²d_yz²d_xz¹𝑑_𝑧2¹），其中空d轨道和分离的d电子有利于Fe 3d与N 2p轨道的重叠，更有效地激活N≡N键。

理论模拟表明，NRR最好发生在FeN₄而不是MoN₄上，Fe自旋态的转变显著降低了电位决定步骤的势垒，有利于N₂的首次加氢。

通过实验发现，与具有高自旋FeN₄的FePPc和具有MoN₄的MoPPc相比，具有中等自旋FeN₄的FeMoPPC的NRR的法拉第效率（FE）分别提高2.0倍和9.0倍，NH₃产率分别提高2.0倍和17.2倍。

这些见解可能为通过原子调节金属中心的自旋状态来开发高效NRR电催化剂提供了新机会。

Boosting Nitrogen Reduction to Ammonia on FeN₄ Sites by Atomic Spin Regulation. Adv. Sci., 2021, DOI: 10.1002/advs.202102915.

https://doi.org/10.1002/advs.202102915

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