近日，第十六届计算纳米科学与新能源材料研讨会(CNNEM 2025)在吉林长春举行。赫丙玲博士指导的联合培养研究生任明阳在大会上作题为《钒基异核双金属原子催化剂：突破线性标度关系助力电化学固氮合成氨》的学术报告。
任明阳报告了一种利用可再生能源电力将N2还原合成NH3（NRR）的新技术，为可持续NH3生产开辟了一条极具潜力的新途径。然而，NRR 的中间体吸附能间存在的线性标度关系严重制约了反应效率。本工作结合密度泛函理论与计算氢电极模型，深入研究了负载在石墨二炔（GDY）表面的V与3d过渡金属（V-TM@GDY）双原子催化剂（DACs）在NRR中的催化性能。研究发现，NRR中NH2与NH3的吸附能不再遵循线性标度关系，在所有异核 DACs中，N2分子上的电荷转移量与NH3合成限制电位（UL(NH3)）之间存在火山形关系。进一步的研究发现，V-TM@GDY通过“接受-捐赠”机制活化吸附的N2分子。在NRR中，GDY作为电荷储存库，V-TM作为电荷传递体，且V与TM之间的协同效应使得V-Cr@GDY和V-Fe@GDY表现出高催化活性，其UL(NH3)值分别为-0.36 V和-0.42 V。同时，这两种DACs均能有效抑制析氢副反应，实现了接近100%的理论法拉第效率。研究指出了电荷转移在NRR过程中的关键作用，并突出了含V的异核DACs在NRR领域内展现出的巨大应用潜力，期望这一研究成果能够激发该领域更为深入的实验研究。
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