近日，美国化学会《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊发表了题为“Boosting the Faraday Efficiency of Electrochemical Ammonia Synthesis via the Strain Effect Induced by Interfacial Hybrid Formation between BN and Carbon Nanotubes”的研究论文，该研究成果报道了应变效应对于电催化氮还原的影响。

该论文以西安科技大学为第一通讯单位，化学与化工学院硕士研究生张萌为第一作者，通讯作者为化学与化工学院申丽华副教授、李远刚教授和北京理工大学刘志方老师，该研究工作得到了国家自然科学基金（(Nos. 22072113, 21505102, 62304020)）的经费支持。

由于环境污染和不可再生资源的枯竭，在未来向低碳甚至是无碳能源社会的转变成为一种必然趋势，可再生能源的发展将起到重要的作用。氨（NH₃）由于具有较好的储能性能而受到了广泛关注，Haber-Bosch（H-B）工艺是当今世界合成NH₃的主要途径，但是该工艺消耗大量不可再生资源，并释放大量CO₂，H-B工艺的高能耗限制其可持续发展。因此，迫切需要一种可持续的、绿色的NH₃合成工艺，而电化学氮还原反应（eNRR）被认为是一种很有前途的无碳可持续生产技术，有望取代H-B工艺。

eNRR过程中会遇到两个问题：1）N₂分子中的N≡N三键难以打开；2）存在还原电位相近的析氢反应干扰。新型电催化剂的设计有望克服此瓶颈。基于此，该研究设计氮化硼纳米片中引入碳纳米管制备了复合催化剂，复合催化剂在-0.691 V（vs RHE）电压下，eNRR的法拉第效率（FE）可达63.9%，产氨速率为36.5 μg h^-1mg_cat.^-1，与单独氮化硼纳米片的eNRR性能（FE：4.7%）相比，电催化活性显著提高。研究发现应变效应是提高eNRR催化性能的关键所在，当两种材料复合后会发生应变效应，理论计算表明应变效应抑制了析氢反应，提高了氮催化还原的选择性。本研究为eNRR催化剂设计提供了新的策略，有助于合成氨工艺的优化。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c17530

图1 弯曲应变效应增强电催化还原氮气示意图