電催化固氮中的催化活性中心是什么？一些催化劑經過長時間反應后發生了失活作用，失活機制到底是什么？這些問題一直困擾著電催化固氮研究。為了深入探究這一問題，我們在實驗中合成金屬有機框架材料衍生的ZrO2/C復合催化劑，發現長時間反應3天后催化活性完全消失了。通過DFT理論計算，表明材料中氧空位并不穩定，來自水溶液中含氧離子會不斷填充不穩定的氧空位，最終導致催化劑失活。進而我們通過原位摻雜Y制備了Y-ZrO2,發現低價雜質原子的摻雜穩定了材料中的氧空位，在長達7天的催化實驗中催化活性僅下降了10%不到。為了進一步驗證氧空位的填充情況，通過納克級質量敏感的電化學石英晶體微天平（EQCM）原位測試研究證明了在這兩種催化劑中氧空位的穩定性差異是造成其催化壽命懸殊的直接原因。這一研究結果為室溫常壓固氮電催化劑的設計提供了理論依據和設計原則。該成果“Long-term electrocatalytic N2 fixation by MOF-derived Y-stabilized ZrO2: An insight into deactivation mechanism”在線發表在JMCA期刊。
文章鏈接：https://doi.org/10.1039/D0TA01154A