王磊&赖建平团队CRPS：碲化物中碲位点的多重协同效应促进电催化固氮

电化学还原合成氨（NRR）作为一个安全、绿色、低能耗且环境友好的方法之一，受到广泛关注。如何在低电压下实现高活性依旧是目前该类催化亟需解决的关键问题。此外，如何设计实现多步电化学过程高效协同促进催化反应也是目前该领域所面临的重要挑战。

针对此，青岛科技大学化学与分子工程学院王磊&赖建平团队利用碲化物在一定施加电压下会发生表面氢化特性，探究了不同碲化物（Sb₂Te₃, CoTe₂, CdTe, Bi₃Te₄）的电催化性能，发现在碲化物在低电压下具有较好的电催化产氨性能。其中，Sb₂Te₃电催化剂在0.1 M KOH显示出了较高的产氨量（13.8 μg h^-1 cm^-2）和较高的法拉第效率 (缩写为FE)（27.7%）。在50小时的长时间稳定性实验后，依旧保持优异的氮还原活性。他们以Sb₂Te₃为例，实验和理论计算（DFT）发现，Te位点可以调节催化剂的电子结构，促进N₂在Sb位点上的吸附；Te上吸附的氢具有很高的脱附能垒，可以有效抑制竞争反应（HER）发生的同时，快速转移到吸附的N₂上，促进N₂加氢（N₂→*NNH，决速步）和活化。除此之外，Te位点的存在还可以促进NH₃的脱附，从而显著降低反应过电位和提高催化活性。这项工作中，碲化物展现出的多重促进协同作用可以为低电压下实现高电催化氮还原活性的发展做出贡献，并为碲化物在其他催化领域的应用提供新的理论指导。 

图形摘要 

图1. Sb₂Te₃的物理表征。（A）Sb₂Te₃的XRD图谱。（B）Sb₂Te₃的SEM图像。（C）Sb₂Te₃的TEM图像。（D）Sb₂Te₃的HRTEM图像。（E）Sb₂Te₃的Sb和Te元素的TEM映射图。 

图2. Sb₂Te₃的电催化NRR性能。（A）在不同电位下Sb₂Te₃/CP (CP为Carbon Paper的缩写)的i-t依赖曲线。（B）在不同电位下电解后电解质的紫外可见光谱。（C）不同电位下Sb₂Te₃/CP的FE和NH₃产率。（D）在环境条件下，在0.1 M KOH中，电位为0 V（vs. RHE）时Sb₂Te₃/CP和CP的NH₃产率。（E）在0 V（vs. RHE）下具有不同循环的FE和NH₃产率。（F）0 V时的长期i-t曲线（vs. RHE）。（C）和（D）中的误差线代表三个独立测量值的平均值 

图3. Bi₃Te₄, CoTe₂, CdTe的电催化NRR性能。（A）电解液在0 V电压下（相对于RHE）的UV-vis光谱。（b）Bi₃Te₄, CoTe₂, CdTe在0 V（相对于RHE）时的NH₃产率和FE。（B）中的误差线代表三个独立测量值的平均值 

图4. DFT计算。(A)吸附在Sb上的N₂电荷差。(B)吸附在Sb₂Te₃上的N₂电荷差图。(c) Sb的DOS图。(D) Sb₂Te₃的DOS图。(E)氢化氮还原过程的自由能路径图。(F)第一步N₂加氢过程的自由能路径图。(G) NRR可能机理示意图。

这一成果近期发表在Cell Reports Physical Science上，青岛科技大学的王磊教授和赖建平教授为论文的共同通讯作者，韩艺和蔡雯雯为共同第一作者。这项工作得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者计划、山东省自然科学杰出青年基金、山东省高校青年创新团队的支持。

Yi Han, Wenwen Cai, Xueke Wu, Wenjing Qi, Bin Li, Hongdong Li, Dan Zhang, Yue Pan, Zuochao Wang, Jianping Lai* and Lei Wang*, Electrocatalytic Nitrogen Fixation on Metal Tellurides Boosted by Multiple Promoted-Synergetic Effects of Telluride, Cell Reports Physical Science, 2020, DOI:10.1016/j.xcrp.2020.100232