摘要
氨是化肥生产的重要原料也是未来可再生能源的理想载体。传统的哈伯法合成氨耗能多，对环境污染严重，相对比下电化学合成氨在温和的环境下，利用可再生资源即可进行反应的优点十分绿色经济，符合“绿水青山就是金山银山”这一发展理念。但是目前电化学合成氨存在的问题是由于氮气的溶解度低，氮氮键的断裂困难，副反应析氢的竞争导致了合成氨性能低。因此找到合成简便环保，对氮还原选择性高的催化剂成为了该领域的研究热点。本文设计并合成了N，S掺杂的缺陷石墨烯负载单原子铁和还原氧化石墨烯掺杂氧化钒两种催化剂并对催化剂进行了氮还原的测试。 本文成功合成了高比表面积的N，S掺杂的缺陷石墨烯负载单原子铁材料，并确定了其结构为Fe-N3S-C,在-0.4V(V vs.RHE)的电压下，氨产率达到最高为28.89μg·h-1·mgcat-1(3.78·10-10mol·cm-2·s-1),，法拉第效率在-0.1V(V vs.RHE)的电压下下最高为23.7%,通过4次的循环性能测试和20h的耐久性能测试，证明了N,S掺杂的缺陷石墨烯负载单原子铁催化剂可以循环使用并且十分稳定。通过密度函数理论（DFT）计算可以得出酶促机制是N,S掺杂的缺陷石墨烯负载单原子铁这一催化剂的反应机制，Fe原子是催化剂的活性位点，S的引入可以促进氮还原。 本文成功合成了还原氧化石墨烯复合氧化钒，并确定了其物相结构为rGO@V2O4·2H2O，氨产率在-0.3V(V vs.RHE)下最高为24.75μg·h-1·mgcat-1(1.6·10-10mol·cm-2·s-1)，法拉第效率在-0.2V(V vs.RHE)下最高为79%，并在4次的循环测试和13h的耐久性测试可以看出材料稳定性良好，通过与石墨烯和氧化钒氮还原性能与双层电容的对比，发现石墨烯复合氧化钒的性能优越的原因可能是因为其电化学活性面积大。
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