［本站讯］近日，化学与化工学院钱逸泰院士团队徐立强教授课题组与江苏科技大学苏超教授、澳大利亚科廷大学邵宗平教授针对二维纳米材料应用于电催化还原N₂制NH₃领域的重要新进展进行了系统性综述，讨论了该领域面临的挑战并进行了展望，相关研究成果以“Emerging two-dimensional nanomaterials for electrochemical nitrogen reduction”为题，在国际化学顶级综述杂志Chem. Soc. Rev.（Chem. Soc. Rev. 2021, DOI:10.1039/D1CS00120E；IF: 54.564）上在线发表。山东大学化学与化工学院博士后逄颖平为第一作者，山东大学为第一通讯单位。
氨（NH₃）不仅是维持机体功能必不可少的化学物质，而且其可作为氮肥原料用于现代农业。当前工业界普遍采用Haber-Bosch工艺用于NH₃生产，每年消耗全球约1%的天然气，占全球1%的能源消耗，而它每年CO₂排放量约占全球1% 。如此巨大的能源消耗和环境问题促使我们寻找一条清洁、可持续和绿色的N₂固定途径。鉴于此，电催化还原氮气（N₂）转化为有价值的NH₃作为替代方案，为传统Haber-Bosch工艺之外提供了一条新的策略。其中，优异选择性、活性和稳定性的高效电催化剂是电化学氮气还原反应（NRR）研究的重点。

二维（2D）纳米材料具有丰富的表面活性位点、高的比表面积，良好的导电性、可构筑的表面缺陷和易于调节的电子特性等特点，有利于吸附和活化N₂，可实现可持续的NRR。因此，文中重点介绍了NRR反应中所遵循的基本原则和拟实现的关键指标。基于NRR的基本原理，讨论了高效二维NRR电催化剂的构筑方法（原子掺杂、缺陷构筑和界面工程）。此外，文中综述了最新的2D纳米电催化剂在电化学还原N₂制备NH₃领域的研究进展，旨在提供一个关于二维电催化剂结构-NRR性能“构效”关系的全面认识。最后总结了电催化NRR面临的机遇、挑战以及其未来发展趋势的展望。
近年来，徐立强教授课题组在新型微纳结构电极材料的设计及其在二次电池和电催化等能源存储和转换领域的应用方面开展了一系列系统性研究工作，在电极/电催化材料的新颖合成方法、表界面调控、机理分析和构效关系探索等方面，取得了系列创新性研究成果。2021年，部分相关研究工作发表在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed. 2021, （1）；Nano Today 2021, （1; IF:20.722）；Small, 2021, （1）；Nano Res. 2021, （3）；J. Mater. Chem.A, 2021, （2）；Nanoscale, 2021, （1）。
上述系列研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、山东省自然科学基金面上项目、山东大学交叉学科基金的资助，以及山东大学结构成分与物性测量平台的大力支持。
论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cs/d1cs00120e