电催化氮还原反应(NRR)被视为是在环境条件下生产氨(NH3)的有前景的策略。然而，由于缺乏高效的NRR电催化剂，N2在催化剂表面的难吸附和活化以及竞争性析氢反应(HER)严重阻碍了NRR的发展。基于此，清华大学吕瑞涛和李佳等通过水热和煅烧方法构建了嵌入还原氧化石墨烯(RGO)的Mo2C-MoO2量子点异质结构，作为电催化NRR的有效催化剂。
通过调节Mo前驱体的添加量，Mo2C-MoO2的尺寸可以减小到量子点，从而能够暴露出丰富的活性位点以促进反应动力学，并且Mo2C和MoO2的协同作用可以促进N2吸附和活化并同时抑制竞争性HER；作为Mo2C-MoO2量子点的载体，RGO不仅可以降低离子扩散阻力，还可以促进电催化NRR过程中的界面电荷传输。因此，Mo2C-MoO2在-0.15 V vs. RHE下，NH3产率为13.94±0.39 μg h-1 mg-1；其在-0.1 V vs. RHE时的NH3法拉第效率为12.72±0.58%。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，具有侧向构型Mo2C(001)表面具有-1.47 eV的高N2吸附能，并且N≡N键长延长至1.254 Å，表明Mo2C表面上的N2吸附和活化得到了增强。另一方面，低MoO2(-111)表面上的低ΔGH*表明MoO2的HER过程受阻。这项工作可能为提高Mo基材料的电催化NRR性能提供有效的催化剂设计策略，并且这种异质结构构建和尺寸控制的策略有可能扩展到其他过渡金属基催化剂，以提高NRR活性和选择性。Mo2C-MoO2 Heterostructure Quantum Dots for Enhanced Electrocatalytic Nitrogen Reduction to Ammonia. ACS Nano, 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c07973
