2024年2月10日，蔡兴科研究员课题组于2024年2月10日在《Advanced Materials》期刊上发表了题为“A Metal Coordination Number Determined Catalytic Performance in Manganese Borides for Ambient Electrolysis of Nitrogen to Ammonia”的研究论文。该文章的第一作者为Muhammad Asim Mushtaq博士后，蔡兴科研究员与电子科技大学孙旭平教授为共同通讯作者。

氨(NH₃)是一种重要的化合物，在制药、合成纤维、化肥制造行业以及能源储存领域有着广泛的应用，它还可以作为无碳足迹的氢能源载体，有望对未来的氢能源经济产生重大影响。然而，传统的Haber-Bosch方法，在高温（400-500 °C）和压力（200 bar）下生产NH₃既消耗能源的同时又污染环境。因此，找到Haber-Bosch的工艺替代策略生产NH₃是非常重要的。在所有策略中，常温条件下以水为氢源的电催化氮还原反应（NRR）被认为是最有前途的技术，它很容易与农业、工业和可再生能源兼容。

本文成功合成了Mn₂B、MnB、MnB₂和MnB₄等具有不同Mn原子配位数的纯相硼化锰（MnB_x）材料。通过对这些材料的结构表征和性能比较，课题组发现随着化合物中B含量的增加，单个Mn催化位点的催化活性大大提高。在−0.3V下，MnB₄的最佳FE和氨产率分别达到38.5±2.7%和74.9±2.1μgh⁻¹mg_cat⁻¹，远高于目前报道的硼化物材料。这是因为随着化合物中B/Mn比的增加，与Mn原子配位的B原子数量增加，导致从Mn转移到B的价电子增加。这增加了Mn原子对N₂的吸附和Mn原子对*N2加氢的本征催化活性。这种配位数调制策略为高性能过渡金属硼化物NRR催化剂的开发提供了新的解决方案。

该工作得到了国家自然科学基金（批准号：52373266、52003163、22105129）、广东省基础与应用基础研究基金（批准号：2022A1515010670、2022A1515011048）、深圳市科技创新局（批准号：KQTD20170810105439418和20200812112006001）的资助。

文章链接：https://doi.org/ 10.1002/adma.202313086