氨作为重要的化工原料和无碳储氢材料，在农业、工业、国防等领域发挥着重要作用。目前，氨的生产主要采用工业 Haber-Bosch法，需要高温高压，并排放大量二氧化碳。电催化氮气还原合成氨（NRR）已被证明是一种可行的化学反应。电催化NRR反应条件温和，可利用间歇性能源（如风能、太阳能）提供反应动力，被认为是一种替代Haber-Bosch方法的节能环保工艺。然而， 氮气的吸附性能差、 N≡N键 能较大(941KJ mol -1 ) 以及水溶液中竞争性 的析氢反应 (HER)极大地阻碍了电催化氮还原技术的发展。 研究表明， 硼和氮 原子 可以调节碳的能带间隙、自旋密度和电荷密度，通过 电子密度的重新分布 可以 降低将 N2 电还原为NH3 的能垒；此外，二维多孔碳纳米片具有机械柔韧性高、比表面积大、活性位点丰富、化学性质稳定等一系列优异的理化性质，在电化学储能方面具有广泛的应用。氨作为重要的化工原料和无碳储氢材料，在农业、工业、国防等领域发挥着重要作用。目前，氨的生产主要采用工业Haber-Bosch法，需要高温高压，并排放大量二氧化碳。电催化氮气还原合成氨（NRR）已被证明是一种可行的化学反应。电催化NRR反应条件温和，可利用间歇性能源（如风能、太阳能）提供反应动力，被认为是一种替代Haber-Bosch方法的节能环保工艺。目前，氨的生产主要采用工业法，需要高温高压，并排放大量二氧化碳。电催化氮气还原合成氨（NRR）已被证明是一种可行的化学反应。电催化NRR反应条件温和，可利用间歇性能源（如风能、太阳能）提供反应动力，被认为是一种替代Haber-Bosch方法的节能环保工艺。然而，氮气的吸附性能差、N≡N键能较大(941KJ mol-1) 以及水溶液中以及水溶液中竞争性的析氢反应 (HER)极大地阻碍了电催化氮还原技术的发展研究表明，硼和氮原子可以调节碳的能带间隙、自旋密度和电荷密度，通过电子密度的重新分布可以降低将 N降低将电还原为 NH电还原为的能垒；此外，二维多孔碳纳米片具有机械柔韧性高、比表面积大、活性位点丰富、化学性质稳定等一系列优异的理化性质，在电化学储能方面具有广泛的应用。
齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学部氢电能源材料创新团队利用 属有机框架（ MOFs）衍生材料中特殊的范德华超结构，开发出了一种新型的剥离方法合成B/N 共掺杂的二维多孔碳纳米片材料（B/N-CNS ）。齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学部氢电能源材料创新团队利用属有机框架（MOFs）衍生材料中特殊的范德华超结构，开发出了一种新型的剥离方法合成B衍生材料中特殊的范德华超结构，开发出了一种新型的剥离方法合成/N共掺杂的二维多孔碳纳米片材料（B/N-CNS）。
首先利用课题组 前期报道的 MBON-1为模板（Journalof the American Chemical Society, 2020, 142(19): 8755-8762.），改变合成条件，采用溶剂热法直接一步得到MBON-1前驱体，并通过 MBON-1的高温煅烧过程得到了通过范德华作用连接的 B、 N共掺杂碳纳米片球超结构；随后，通过精准的溶剂作用，定向破坏超结构中的范德华键，将材料剥离得到超薄的硼、氮共掺杂的二维多孔碳纳米片材料（B/N-CNS ，图1）。在室温 环境条件下， B/N-CNS 在0.1M的 KOH溶液中表现出优异的活性和稳定性。B/N-CNS 的氨产率为153.39µg·mg -1 cat ·h -1 、法拉第效率为33.14%。在48h 的稳定性测试后，B/N-CNS 的氨产量还能维持64.06%，优于绝 大多数报道的 NRR催化剂。密度泛函理论表明：硼的引入显著的促进了氮气的吸附，降低了吸附氮气所需的能量。但当硼与氮连接过多时，不利于产物氨的释放，而BN2 C 有利于减少NRR反应能垒，促进氮气吸附和质子的转移。该项工作利用 MOF 衍生超结构中特殊的范德华作用，精准剥离合成二维多孔材料，为二维材料的合成提供了 新的思路。首先利用课题组前期报道的MBON-1为模板（报道的为模板（Journalof the American Chemical Society, 2020, 142(19):8755-8762.），改变合成条件，采用溶剂热法直接一步得到MBON-1），改变合成条件，采用溶剂热法直接一步得到前驱体，并通过MBON-1的高温煅烧过程通过的高温煅烧过程得到了通过范德华作用连接的B、 N共掺杂碳纳米片得到了通过范德华作用连接的共掺杂碳纳米片球超结构；随后，通过精准的溶剂作用，定向破坏超结构中的范德华键，将材料剥离得到超薄的硼、氮共掺杂的二维多孔碳纳米片材料（B/N-CNS ，图1）。在球超结构；随后，通过精准的溶剂作用，定向破坏超结构中的范德华键，将材料剥离得到超薄的硼、氮共掺杂的二维多孔碳纳米片材料（，图）。在室温
环境条件下， B/N-CNS 在0.1M的 KOH溶液中表现出优异的活性和稳定性。B/N-CNS 的氨产率为153.39µg·mg环境条件下，0.1MKOH溶液中表现出优异的活性和稳定性。B/N-CNS的氨产率为153.39µg·mg-1cat·h-1、法拉第效率为 33.14%。在48h 的稳定性测试后，B/N-CNS 的氨产量还能维持64.06%，优于、法拉第效率为。在48h的稳定性测试后，B/N-CNS的氨产量还能维持64.06%，优于大多数报道的 NRR催化剂。密度泛函理论表明：硼的引入显著的促进了氮气的吸附，降低了吸附氮气所需的能量。但当硼与氮连接过多时，不利于产物氨的释放，而BN大多数报道的催化剂。密度泛函理论表明：硼的引入显著的促进了氮气的吸附，降低了吸附氮气所需的能量。但当硼与氮连接过多时，不利于产物氨的释放，而BNC有利于减少NRR反应能垒，促进氮气吸附和质子的转移有利于减少NRR反应能垒，促进氮气吸附和质子的转移。该项工作利用M。该项工作利用OF衍生超结构中特殊的范德华作用，精准剥离合成二维多孔材料，为二维材料的合成提供了新的思路。
图 1B/N-C NS 的合成路线
图 2B/N-C NS 的结构与表征
图 3B/N-C NS 的电化学性能以及稳定性分析
图 4B/N-C NS 理论计算分析
上述成果以 “ControllableExfoliation of MOF-Derived Van Der Waals Superstructure intoUltrathin 2D B/N Co-Doped Porous Carbon Nanosheets: A SuperiorCatalyst for Ambient Ammonia Electrosynthesis” 为题，发表在国际知名期刊《 Small》 （IF: 13.3 ）上。齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学部闫理停副教授为文章的第一作者，材料学部郭恩言副教授、赵学波教授为文章的共同通讯作者。上述成果以“ControllableExfoliation of MOF-Derived Van Der Waals Superstructure intoUltrathin 2D B/N Co-Doped Porous Carbon Nanosheets: A SuperiorCatalyst for Ambient Ammonia Electrosynthesis”为题，发表在国际知名期刊Small（IF:13.3上。
齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学部闫理停副教授为文章的第一作者，材料学部郭恩言副教授、赵学波教授为文章的共同通讯作者。
本研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、济南市人才发展专项 等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202300239论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202300239
