鉴于氨用途广泛，需求量日益增大，其对化石燃料的依赖和环境污染问题日渐突出。因此，亟需寻找一种能源可持续的可替代传统Haber-Bosch合成氨方法的新型产氨技术。目前，电化学合成氨机理清晰，能源可再生，打破了动力学限制等优点受到了科学家们广泛认可，被认为是最有潜力的新型合成氨方法之一。由于N≡N键能较高（940.95 kJ/moL）成键稳定，因此在电催化合成氨过程中最关键的核心技术是设计制备高催化活性的电催化剂。
在非金属催化剂的研究中，杂原子掺杂作为提升催化活性的研究策略吸引了众多科学家的关注。根据研究结果表明，杂原子的掺杂，原材料结构形成晶格畸变，造成了更多的缺陷导致杂原子附近的被掺杂原子的电子结构的改变，从而提供更多的活性位点来提高材料的催化活性。MOF衍生的多孔碳材料具有高比表面积，高孔隙率和稳定的物化结构被认为是良好的候选材料。不仅如此，无金属MOF衍生的多孔碳材料在电催化反应中对氮气还原的选择行大于HER反应，因此能很大程度上抑制HER，提升反应效率。
太原理工大学的王爽教授和李晋平教授合作，设计制备了S/N-MPC无金属催化剂应用于电催化固氮。通过对催化剂表征分析，充分证实了催化剂中部分硫氮共掺杂在碳材料中，使碳材料的缺陷密度和无序度增加，通过改变掺杂位置附近的碳原子的电子结构，为氮气的催化转化提供了更多的活性位点提高了催化剂的催化活性。由于S/N-MPC的高物化稳定性，在72 h的电化学反应中电流密度保持稳定没有明显下降，且反应后催化剂结构稳定，元素分布不变。通过六次连续循环产氨测试结果分析表明，催化剂循环性能良好。并通过DFT计算证明了催化剂的合成氨路径为缔合机制中的交替加氢路径，此项研究丰富了电化学合成氨的非金属杂原子掺杂催化剂的研究，为非金属催化剂的设计制备提供了新思路。
相关论文发表在Carbon (https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.04.045),王爽教授和李晋平教授为共同通讯作者，博士研究生王金为第一作者。
