近日，物理学院戴瑛教授团队发现双金属原子负载的碳氮化合物(TM₂/g-CN)可以对氮还原反应（NRR）目标中间产物的吸附进行有效调控，从而提高NRR的催化活性和选择性。该研究对揭示NRR催化剂的构效关系和发展高效NRR电催化剂具有重要意义。相关研究成果以“High-Throughput Screening of Synergistic Transition Metal Dual-Atom Catalysts for Efficient Nitrogen Fixation”为题，在线发表于国际著名期刊Nano Letters（2021, 21, 1871）。论文第一作者为物理学院2017级博士生吕兴帅，魏巍和戴瑛教授为共同通讯作者，山东大学为第一作者单位。

在双原子催化剂中，金属原子之间的协同作用赋予其远优于单原子催化剂的催化性能。相较于单原子催化剂，双原子催化剂中的两个单原子在催化反应中可以发挥不同的功能，二者的协同作用不仅可以最大程度上提高原子利用率，重要的是可以提高催化的选择性。戴瑛教授团队发现，g-CN负载的双过渡金属原子可以作为一种新型的NRR电催化材料。通过第一性原理高通量筛选，在23种催化剂中，Fe₂/g-CN表现出最优的催化活性，其限制电位仅为-0.13 V，标志着一种新型、高效的电催化合成氨反应材料体系。重要的是，通过建立多尺度的催化活性描述符，为原子相互作用提供了解释，并有助于筛选最有潜力的双原子催化剂，突破了传统的试错合成的局限性。该研究对开发新型NRR电催化材料具有重要参考价值。

近几年，戴瑛教授团队在光催化、光能电池等能源环境应用材料的设计与性质调控及其作用机理等方面取得了系列重要成果，分别发表在Nature Commun.、Nano Lett.、Nano Energy、Adv. Mater.、Angew. Chem. In. Ed.和Appl. Catal. B: Environ.等国际著名期刊。

该工作得到了晶体材料国家重点实验室、国家自然科学基金面上项目、山东省自然科学基金、山东省泰山学者计划和山东大学青年学者未来计划项目的资助。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c05080