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It is energy and resource intensive, and producing hydrogen gas often involves natural gas, which releases carbon dioxide as a by-product. The electrochemical nitrogen reduction reaction (ENRR), where nitrogen gas from the air can be converted into ammonia using an electrical current, is seen as a promising and sustainable alternative. Pursuing high-performance and cost-effective ENRR catalysts, however, is an open challenge for achieving commercial-scale ambient ammonia production. “We explored the potential of less-precious transition metal disulfides (TMS2) as catalysts for ENRR,” says Hao Li, associate professor at Tohoku University's Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) and corresponding author of the paper. “Through meticulous analysis of electrochemistry-induced surface states, we uncovered a previously unrecognized factor contributing to their high ENRR performance: S-vacancy generation.” Li and his colleagues started with a typical ENRR TMS2 catalyst, iron disulfide (FeS2), where they observed that under ENRR conditions, S-vacancies can be easily generated on the catalyst surface. Through advanced computational simulations, they demonstrated that this electrochemistry-driven “in situ” generation of S-vacancies significantly enhances ENRR activity by promoting stronger N-N adsorption and activation. Experimental observations confirmed their findings, which were also consistent with recent literature on ENRR potential windows reaching maximum Faradaic efficiency - the measure of the effectiveness of an electrochemical process in converting electrical energy into chemical energy or vice versa. Calculated (a) 1D and (b) 2D surface Pourbaix diagrams of FeS2(111) considering different coverages of SV, O*, H*, and HO*. The experimental potentials at the highest Faradaic efficiencies of reported FeS2-based catalysts are plotted for a direct comparison. ©Hao Li et al. Their analysis also extended to other TMS2 catalysts (SnS2, MoS2, NiS2, and VS2), revealing a universal phenomenon of “in situ” S-vacancy generation under ENRR potentials. “Our research underscores the critical importance of considering surface states in the design of ENRR catalysts” adds Li. “By shedding light on the role of S-vacancies, we have provided a valuable roadmap for enhancing ENRR performance and accelerating the transition towards sustainable ammonia production.” (a) 1D surface Pourbaix diagrams of different transition metal disulfide (TMS2) surfaces. (b) 2D surface Pourbaix diagram of SV formation as a function of pH and potential. The color-coded segments demarcate the potential windows of SV generation on the respective instances of TMS2. 論文情報 論文タイトル： Origin of electrocatalytic nitrogen reduction activity over transition metal disulfides: critical role of in situ generation of S vacancy 著者： Tianyi Wang, Zhongyuan Guo, Hirofumi Oka, Akichika Kumatani, Chuangwei Liu, and Hao Li* 雑誌名： Journal of Materials Chemistry A DOI番号： 10.1039/D4TA00307A 問い合わせ先 研究に関すること 東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）Hao Li E-mail： li.hao.b8&＃64;tohoku.ac.jp Webstie： Hao Li Laboratory 東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）Tianyi Wang (JSPS Postdoctoral Researcher) E-mail： tianyi.wang.c5&＃64;tohoku.ac.jp 報道に関すること 東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR） 広報戦略室 Tel： 022-217-6146 E-mail： aimr-outreach＠grp.tohoku.ac.jp Tweet 研究成果 プレスリリース 2024年 2023年 2022年 2021年 2020年 2019年 2018年 2017年 2016年 2015年 2014年 2013年 2012年 2011年 2010年 2009年 メディア・受賞情報 2024年 2023年 2022年 2021年 2020年 2019年 2018年 2017年 2016年 2015年 2014年 2013年 2012年 2011年 2010年 2009年 AIMResearch AIMResearchとは リサーチハイライト 2024年 2023年 2022年 2021年 2020年 2019年 2018年 2017年 2016年 2015年 2014年 2013年 2012年 2011年 2010年 2009年 スポットライト 2020年 2019年 2018年 2017年 2016年 2015年 2014年 2013年 2012年 2011年 2010年 2009年 メール配信登録 広報誌 最新情報 2024年05月22日 Machine Learning Accelerates Discovery o... 2024年05月16日 New Data-Driven Model Rapidly Predicts D... 2024年05月15日 Researchers Unlock Vital Insights into M... ホーム 研究成果 プレスリリース 2024年 電極触媒によるアンモニア合成: 環境に優しいアンモニア生成手段を目指して（英語版のみ） 東北大学-TOHOKU UNIVERSITY- 世界トップレベル研究拠点プログラム 職員のために リンク サイトマップ Copyright © 2020 Tohoku University. 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