氨作為重要的化工原料和無(wú)碳儲(chǔ)氫材料，在農(nóng)業(yè),、工業(yè),、國(guó)防等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,。目前,，氨的生產(chǎn)主要采用工業(yè)Haber-Bosch法，需要高溫高壓,，并排放大量二氧化碳,。電催化氮?dú)膺€原合成氨（NRR）已被證明是一種可行的化學(xué)反應(yīng)。電催化NRR反應(yīng)條件溫和,，可利用間歇性能源（如風(fēng)能,、太陽(yáng)能）提供反應(yīng)動(dòng)力，被認(rèn)為是一種替代Haber-Bosch方法的節(jié)能環(huán)保工藝,。然而,，氮?dú)獾奈叫阅懿睢?/span>N≡N鍵能較大(941 KJ mol^-1)以及水溶液中競(jìng)爭(zhēng)性的析氫反應(yīng)(HER)極大地阻礙了電催化氮還原技術(shù)的發(fā)展。研究表明,，硼和氮原子可以調(diào)節(jié)碳的能帶間隙,、自旋密度和電荷密度，通過(guò)電子密度的重新分布可以降低將N₂電還原為NH₃的能壘,；此外,，二維多孔碳納米片具有機(jī)械柔韌性高、比表面積大,、活性位點(diǎn)豐富,、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等一系列優(yōu)異的理化性質(zhì)，在電化學(xué)儲(chǔ)能方面具有廣泛的應(yīng)用,。

齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料科學(xué)與工程學(xué)部氫電能源材料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)利用屬有機(jī)框架（MOFs）衍生材料中特殊的范德華超結(jié)構(gòu),，開(kāi)發(fā)出了一種新型的剝離方法合成B/N共摻雜的二維多孔碳納米片材料（B/N-C NS）。

首先利用課題組前期報(bào)道的MBON-1為模板（Journal of the American Chemical Society, 2020, 142(19): 8755-8762.）,，改變合成條件,，采用溶劑熱法直接一步得到MBON-1前驅(qū)體，并通過(guò)MBON-1的高溫煅燒過(guò)程得到了通過(guò)范德華作用連接的B、N共摻雜碳納米片球超結(jié)構(gòu),；隨后,，通過(guò)精準(zhǔn)的溶劑作用，定向破壞超結(jié)構(gòu)中的范德華鍵,，將材料剝離得到超薄的硼,、氮共摻雜的二維多孔碳納米片材料（B/N-C NS，圖1）,。在室溫環(huán)境條件下,，B/N-C NS在0.1M的KOH溶液中表現(xiàn)出優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性。B/N-C NS的氨產(chǎn)率為153.39 μg·mg-1 cat·h^-1,、法拉第效率為33.14%,。在48 h的穩(wěn)定性測(cè)試后，B/N-C NS的氨產(chǎn)量還能維持64.06%,，優(yōu)于絕大多數(shù)報(bào)道的NRR催化劑,。密度泛函理論表明：硼的引入顯著的促進(jìn)了氮?dú)獾奈剑档土宋降獨(dú)馑璧哪芰?。但?dāng)硼與氮連接過(guò)多時(shí),，不利于產(chǎn)物氨的釋放，而BN₂C有利于減少NRR反應(yīng)能壘,，促進(jìn)氮?dú)馕胶唾|(zhì)子的轉(zhuǎn)移,。該項(xiàng)工作利用MOF衍生超結(jié)構(gòu)中特殊的范德華作用，精準(zhǔn)剝離合成二維多孔材料,，為二維材料的合成提供了新的思路,。

圖1 B/N-C NS的合成路線

圖2 B/N-C NS的結(jié)構(gòu)與表征

圖3 B/N-C NS的電化學(xué)性能以及穩(wěn)定性分析

圖4 B/N-C NS理論計(jì)算分析

上述成果以“Controllable Exfoliation of MOF-Derived Van Der Waals Superstructure into Ultrathin 2D B/N Co-Doped Porous Carbon Nanosheets: A Superior Catalyst for Ambient Ammonia Electrosynthesis”為題，發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Small》（IF: 13.3）上,。齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料科學(xué)與工程學(xué)部閆理停副教授為文章的第一作者,，材料學(xué)部郭恩言副教授,、趙學(xué)波教授為文章的共同通訊作者,。

本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金,、濟(jì)南市人才發(fā)展專項(xiàng)等項(xiàng)目支持,。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202300239