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科技日报记者 吴长锋
17日，记者从中科院合肥物质科学研究院了解到，该院固体所环境与能源纳米材料中心团队在常温常压下电催化合成氨研究领域取得重要进展，首次采用一种可控合成策略制备新型氧配位结构原子级分散的双金属铁-钴电催化剂，实现了高效电催化合成氨，并以相关制备技术获得一项授权发明专利，研究成果日前发表于国际期刊《自然•可持续性》。
中科院合肥研究院供图
氨是一种重要的化工原料和能源载体，主要是通过高温和高压的哈伯-博施法工艺路线工业生产。而电催化氮还原（NRR）合成氨可在常温常压下进行，且以水和氮气作为原料，被认为是一种潜在的绿色合成氨技术。但是，当前NRR合成氨面临的一大挑战是氨产率和法拉第均较低。因此，设计并发展具有高氨产率和法拉第效率的电催化剂成为学术界的研究热点。迄今为止，单原子催化剂（SAC）因其独特的物理和化学性质受到广泛关注，且已被证实具有高效的NRR活性。但由于无法精确控制SAC合成过程中所需的负载密度和活性位点配位结构，极大阻碍了SAC合理设计和开发。
研究人员在前期利用生物质作为前驱体制备了一系列单原子催化剂的基础上，创新性地提出一种吸附调节的合成方法，采用食人鱼溶液预处理的细菌纤维素（BC）作吸附调节剂，结合碳热还原法，通过双金属配位将铁-钴锚定在BC衍生的碳上。研究揭示了铁/钴离子在BC上的吸附和其初始吸附浓度，以及BC上浸渍的铁/钴离子和转化为BC衍生碳上负载的定量关系，该定量关系可以用来指导可控合成具有所需铁-钴含量和原子比的铁-钴双原子电催化剂。
该成果通过可控合成策略成功制备了具有高活性和高稳定性的铁-钴双原子电催化剂，为设计和开发高性能双原子电催化剂开辟了一条新的途径。
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