Ammoniak (NH ₃ ) is een belangrijke chemische stof in de industrie en landbouw, evenals een opkomende energiedrager met een groot waterstofgehalte.

Als alternatief voor de hoog energie-intensieve Haber-Bosch ammoniaksynthese, foto-elektrochemische (PEC) techniek is voorgesteld om ammoniak te produceren uit N ₂ en H ₂ O bij omgevingsatmosfeer. Echter, efficiënte en edelmetaalvrije elektrodematerialen zijn nog steeds de sleutel tot de PEC-synthese van ammoniak.

Een onderzoeksteam onder leiding van Dr. WANG Jiahong en Prof. YU Xuefeng van de Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) van de Chinese Academie van Wetenschappen stelde een zwarte fosfor (BP) elektrode voor voor efficiënte kunstmatige synthese van ammoniak.

De elektrode werd vervaardigd door laag voor laag assemblage van BP-nanobladen op een indiumtinoxide (ITO) -substraat als de metaalvrije tweedimensionale katalysator voor de foto-elektrochemische (PEC) stikstofreductiereactie (NRR).

De studie, getiteld "Foto-elektrochemische synthese van ammoniak met zwarte fosfor, " werd gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen op 20 april.

In dit onderzoek, de BP-elektrode vertoonde een zeer efficiënte PEC NRR-activiteit met een ammoniakopbrengst van 102,4 μg·h ^-1 mgcat. ^-1 , de Faraday-efficiëntie van 23,3% bij -0,4 V en goede stabiliteit op lange termijn, dat was de beste onder niet-metalen katalysatoren voor de synthese van ammoniak door fotokatalyse en elektrokatalyse.

Bovendien, het waterstofdesorptie gunstige oppervlak, verhoogde platte band, extern elektrisch veld, en verbruikte gaten verbeterden de ammoniakproductiviteit synergetisch.

"BP heeft veel eigenschappen die geschikt zijn voor de synthese van ammoniak, " zei Dr. WANG Jiahong. "Het is een directe bandgap-halfgeleider met een hoge draaggolfmobiliteit en lichtabsorptie over een breed bereik. De zwakke waterstofabsorptie op kale BP kan ook de concurrerende waterstofontwikkelingsreactie onderdrukken. De NRR-katalysatorbibliotheek zou worden uitgebreid door de introductie van p-type tweedimensionaal materiaal."