上海师范李和兴&卞振锋等人JACS：介孔非晶态IrTe用于电化学N2还原！

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研究内容

具有高表面积的非晶态贵金属由于无定形相产生的大量悬空键和丰富的不饱和表面原子而引起了作为多相催化剂的极大兴趣。然而，由于强各向同性金属键，合成具有高表面积的非晶贵金属仍然是一个重大挑战。

上海师范大学李和兴教授、卞振锋教授，昆士兰大学Yusuke Yamauchi教授和华中农业大学汪圣尧教授使用胶束定向合成方法，首次使用软嵌段共聚物胶束模板作为孔导向剂合成介孔非晶碲化铱（IrTe）合金。其在电化学N2还原反应（NRR）中表现出优异的性能。氨的产率为34.6 μg mg-1 h-1，在−0.15 V vs RHE下的法拉第效率为11.2%。相关工作以“Noble-Metal−Metalloid Alloy Architectures: Mesoporous Amorphous Iridium−Tellurium Alloy for Electrochemical N2 Reduction”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。

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研究要点

要点1. 作者首次使用软嵌段共聚物胶束模板作为孔导向剂合成介孔非晶碲化铱（IrTe）合金。Ir与Te合金化改变了金属的电子结构，促进了N2吸附/活化。互连的多孔支架和合金的无定形性质产生了互补效应，同时增强了N2吸收并抑制了析氢反应。

要点2. 介孔非晶IrTe电催化剂对电催化NRR表现出优异的性能，在0.1 M HCl溶液中，氨的产率为34.6 μg mg-1 h-1，−0.15 V vs RHE下的法拉第效率（FE）为11.2%，具有比结晶IrTe和Ir金属更高的氨产率和FE。

要点3. 密度泛函理论（DFT）计算表明，在IrTe合金中加入Te有效地增强了N2的吸附，并降低了电催化N2还原反应的速率限制步骤的吉布斯自由能，以及对于HER具有较高的吉布斯自由能量，从而导致高NRR性能。

介孔化学为实现高性能非晶类金属合金提供了一条新的途径，其财产有助于选择性电催化还原N2。

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研究图文

图1.（a）介孔非晶IrTe合金的胶束导向的自下而上合成示意图。介孔非晶IrTe合金纳米球的图示和表征：（b，c）SEM，（d）TEM，（e）HRTEM，（f）高角度环形暗场扫描透射电子显微镜和（f1−f3）元素映射图像，（g）组成线扫描轮廓和（h）小角度区域的XRD。插图（e）：单个纳米球的SAED。

图2.（a）介孔非晶IrTe的XRD。（b）介孔非晶IrTe中Ir元素的XPS。介孔非晶IrTe、介孔晶体IrTe和Ir金属的（c）XANES（插图：区域的放大结果）和（d）Ir LIII-edge EXAFS。（e）中孔非晶IrTe（顶部）、中孔晶体IrTe（中部）和市售Ir金属（底部）的EXAFS WT光谱。

图3.（a）介孔非晶IrTe进行i-t测试后，用靛酚指示剂着色的电解质的UV-vis吸收光谱。（b）不同电位下，介孔非晶IrTe的氨产率和相应FEs的直方图。（c）不同催化剂在−0.15 V下的氨产率和FEs。（d）在介孔非晶IrTe电解反应后，通过14N2和15N2对进料的电解质的1H NMR分析。（e）循环试验期间，-0.15 V时的氨产率和FEs。（f）Ir和IrTe表面NRR过程的自由能图。速率限制步骤是第一个氢化步骤（即N2H*的形成），Te取代可以有效地调节N2的吸附能力。

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文献详情

Noble-Metal−Metalloid Alloy Architectures: Mesoporous Amorphous Iridium−Tellurium Alloy for Electrochemical N2 Reduction

Bo Jiang, Hairong Xue, Pei Wang, Haoran Du, Yunqing Kang, Jingjing Zhao, Shengyao Wang,* Wei Zhou, Zhenfeng Bian,* Hexing Li,* Joel Henzie, Yusuke Yamauchi*

J. Am. Chem. Soc.

DOI: 10.1021/jacs.2c10637