主族s区金属Mg电催化N₂还原反应的第一性原理计算研究（英文）

作者：杨康; 王长来; 邓希; 陈乾旺

来源：中国科学技术大学学报, 2021, 51(11): 822-830.

• 电催化N2还原反应
• 主族金属
• 单原子催化剂
• 第一性原理计算

电催化N2还原反应（NRR）可以在温和的条件下利用可再生的电力将氮气和质子从电解质水溶液转化为氨,被认为是一种非常有前景的替代哈伯法合成氨技术.但是这项技术也面临巨大的挑战,因为N2分子中的N≡N键非常牢固,需要高活性的催化剂才能将其断裂.和过渡金属相比,主族s区金属在NRR中很少被研究.本文采用第一性原理计算的方法,发现氧掺杂的石墨烯锚定的镁单原子催化剂（Mg-O4）是一种高活性的NRR电催化剂.理论计算结果表明,N2分子能有效地被Mg-O4活化,并通过非解离交替机制被还原成NH3.此外,分子动力学模拟结果显示Mg-O4具有高的稳定性.

• 单位
  中国科学技术大学; 中国科学院合肥物质科学研究院