【摘要】 从热力学角度看，虽然NRR和HER都需要相似的理论势，但由于强偶极矩和强N≡N三键的超高键能(键能为940.95 kJ mol−1)，NRR只能在比HER更高的过电位下进行。

电催化氮还原反应(NRR)是一种绿色、可持续的NH3生成方法，有可能替代Haber-Bosch方法。众所周知，电催化NRR过程不同于析氢反应(HER)中简单的双电子反应机制，它包含了众多6个质子、6个电子、1个N2的多相反应和复杂的传质过程。

 

一个不可忽视的事实是，N2在电解质中的溶解度极低，限制了N2分子对NRR过程的供应，而水溶液中的质子(H)在水中容易解离，导致HER竞争激烈[1]。此外，研究表明，大多数催化材料本质上有利于H原子而不是N2分子的吸附，导致大部分表面活性中心和电子被不需要的H原子占据，从而导致选择性差。

 

从热力学角度看，虽然NRR和HER都需要相似的理论势，但由于强偶极矩和强N≡N三键的超高键能(键能为940.95 kJ mol−1)，NRR只能在比HER更高的过电位下进行。因此，在电催化NRR过程的电位窗口中，不良的HER过程往往占主导地位，严重降低了NRR的氨生成速率(RNH3)和法拉第效率(FE)。

 

面对这一严峻挑战，一个可行的策略是增加催化剂表面的N2浓度，以提高NRR和抑制HER。近年来，疏水界面对气相电化学反应有很大的影响。因为它们可以为气体、催化剂和电解质提供丰富的三相接触点(TPCP)。此外，疏水界面为气体扩散提供了快速通道，为催化剂表面提供了充足的气体。

 

因此，电化学气体析出过程更可能发生在TPCP的疏水表面，而不是被电解质润湿。

 

[1] Liu, Y.; Meng, X.; Zhao, Z.; Li, K.; Lin, Y. Assembly of Hydrophobic ZIF-8 on CeO2 Nanorods as High-Efficiency Catalyst for Electrocatalytic Nitrogen Reduction Reaction. Nanomaterials 2022, 12, 2964.

 

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