Mo封端单层MoS2实现高效电催化固氮

近期，上海交通大学和华中师范大学研究者首次在温和条件下成功合成具有相邻钼（Mo）位点的Mo封端单层MoS2（A-Mo-MoS2），A-Mo-MoS2中的自旋离域电子能充分活化氮气（N2），从而实现高效电催化固氮。

A-Mo-MoS2合成示意图，Zhan,G.M/上海交通大学

氨气（NH3）是一种清洁能源载体，具有能量密度高、原料种类多等特点，因而受到越来越多的关注。氨气是氮元素和氢元素组成的一种化合物，易被液化成无色的液体，是制造硝酸、化肥、炸药的重要原料，同时也能广泛应用于合成纤维、塑料、染料、尿素等有机产品。

催化固氮是合成氨的一种新途径，能够在常温常压下实现氮气的还原的方式，并且催化剂一般有两种，分别是电催化剂和光催化剂。其中，电催化固氮从概念到应用的关键在于开发高效、经济的电催化剂。

近几年，随着科学技术的不断发展，新型电催化剂层出不穷，比如NiTe基纳米电催化剂、二硫化钼/碳化钛复合材料等。值得一提的是，近期上海交通大学和华中师范大学还报道一种A-Mo-MoS2固氮电催化剂。

催化固氮，Zhan,G.M/上海交通大学

据中钨在线了解，MoS2晶体属六方晶系而且具有层状结构，层状结构是由中间一层Mo原子，两边各一层S原子形成的夹心式板层。一个Mo原子与六个S原子相连，Mo-S键为共价键；层间距为0.65nm，之间仅存在微弱的范德华力。由于结构的特殊性，MoS2表面富自旋极化电子的硫空位有利于氮气活化，提高固氮性能。然而，这些自旋极化电子被限制在孤立SVs上，无法共享，进而导致氮气活化效果。

与MoS2相比，A-Mo-MoS2对氮气的活化效果更好，是新一代的理想电催化固氮催化剂，主要是归因于其中配位不饱和的Mo位点可诱导其自旋极化电子沿最外层Mo边缘离域，形成自旋离域电子场，加速氮气活化。

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