電化學氮還原反應(NRR)是在環境條件下將氮氣固定為氨的一種有前途的策略,但高成本的貴金屬催化劑卻嚴重阻礙了電化學氮還原反應的發展。
作為代表性二維非金屬材料,黑磷(BP)具有與氮相似的價電子結構,可**吸附非活性氮氣分子并活化其N-N三鍵,同時BP相對弱的氫吸附能力也會限制競爭性的析氫反應。因此通過液相剝離法制備了超小BP量子點(QD),然后通過范德華相互作用將BPQDs組裝固定在具有催化活性的MnO2納米片上。
圖1. MnO2納米片,BP QDs的制備以及通過范德華相互作用在MnO2納米片上組裝BP QDs的示意圖。
黑磷量子點BPQDs具有非常好的單分散性和均勻性,具有特別窄的尺寸分布,其中90%以上的BPQDs的直徑都在2-3 nm范圍內。超小尺寸可提供豐富的電化學活性位點和較弱的擴散勢壘,使其催化性能更具競爭力。與單一組分相比,BPQDs/MnO2復合材料在產氨速率和法拉第效率方面都具有明顯提升的催化活性,這主要歸因于樣品間的協同效應。
黑磷/二氧化錳復合納米材料及其制備方法:
以牛血清白蛋白為模板通過生物礦化作用,合成MnO2納米片;對BP納米片進行修飾調控,使原來表面帶負電荷的BP納米片表現正電荷;然后通過靜電吸附作用讓修飾調控帶正電的黑磷納米片BP與帶負電的MnO2緊密結合,形成BP@MnO2復合納米材料。
〖圖文導讀〗
圖2. BP QDs、MnO2納米片以及BP QDs/MnO2復合材料的TEM表征。
圖3. BP QDs/MnO2復合材料的XRD圖譜、拉曼光譜、寬掃測量和P 2p XPS能譜。
圖4. BP QDs/MnO2復合材料對NRR的電催化性能。
圖5. 催化劑的穩定性和耐久性。
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黑磷納米片改性石墨相氮化碳納米片(g-C3N4/BPNSs)
黑磷納米片/硫化銅納米粒子的納米復合物(CuS/BPNSs)
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