山大/港城大​Nano Energy：锂化策略立大功！活化MoO3为LixMoO3用于高效光电化学氨合成

利用太阳能驱动的光电化学(PEC)N₂还原反应(NRR)生成NH₃是替代传统工业Haber-Bosch工艺的有希望的途径。然而，该PEC NRR系统的NH₃产率较低，这限制了该技术的进一步发展和实际应用。

基于此，山东大学程合锋和香港城市大学何志浩等采用锂化策略将惰性MoO₃纳米片活化为高效的Li_xMoO₃电催化剂(该过程会导致剧烈的结构变形和大量的氧空位产生)，用于光电催化NH₃的高效合成。

与氧化的MoO₃相比，锂化的Li_xMoO₃中存在大量氧空位和Mo⁵⁺离子，并且结构发生明显畸变。电化学NRR实验表明，在N₂饱和LiClO₄溶液中，所制备的Li_xMoO₃纳米片在-0.25 V vs. RHE下的NH₃产率为3.48 μg cm^-2 h^-1，产氨的法拉第效率为19.0%，产率和法拉第效率都比氧化的MoO₃纳米片高9倍。

密度泛函理论(DFT)计算表明，锂化的Li_xMoO₃纳米片促进N₂的吸附/活化以及随后的*N₂H形成。同时，竞争性HER被大大抑制，从而导致Li_xMoO₃比氧化的MoO₃具有更高的NRR活性和NH₃选择性。此外，研究人员构建了在空间上将光吸收剂和电催化剂解耦的n⁺np⁺-Si光阴极，集成的Li_xMoO₃/n⁺np⁺-Si光电阴极可以实现有效的无偏压NRR性能，NH₃产率为8.7 μg cm^-2 h^-1以及24.4%的法拉第效率。

该项工作中的具有空间解耦配置的集成Li_xMoO₃/n⁺np⁺-Si光电阴极是迄今为止报道的最有效的无偏压PEC NH₃生产系统之一，并且该项工作为构建高效无偏压光电化学氨生成催化剂提供指导。

An Integrated Si Photocathode with Lithiation-Activated Molybdenum Oxide Nanosheets for Efficient Ammonia Synthesis. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107639