Als een belangrijke stikstofhoudende chemische stof, ammoniak speelt een cruciale rol bij de productie van meststoffen, explosieven en fijnchemicaliën. Momenteel, ammoniak is voornamelijk vervaardigd uit H ₂ en N ₂ onder op hoge temperatuur (300-500 ^O C) en hoge druk (200-300 atm). Dit proces kost enorme hoeveelheden energie en stoot enorme hoeveelheden broeikasgas uit. Dus, elektrochemische ammoniaksynthese (EAS) heeft intensieve aandacht getrokken.

momenteel, EAS richt zich vooral op de elektrochemische reductie van N ₂ . Echter, de inherente inertheid van N ₂ beperkt de Faraday-efficiëntie en de opbrengst van ammoniak ernstig. Tegelijkertijd, massaal stikstofmonoxide (NO) wordt geloosd en veroorzaakt ernstige milieuproblemen. De huidige commerciële behandelingstechnologieën zijn bedoeld om NO om te zetten in milieuvriendelijke maar nutteloze N ₂ .

Vanuit het oogpunt van "afval veranderen in rijkdom", het ontwikkelen van nieuwe EAS-strategieën door NO als stikstofbron te gebruiken, is een win-winkans. Maar, de ontwikkeling van deze technologie wordt vertraagd door het ontbreken van efficiënte elektrokatalysatoren. Bovendien, het identificeren van tussenproducten en het onthullen van het reactiemechanisme van NO-elektroreductiereactie (NOER) is van cruciaal belang voor het ontwerp en de constructie van geavanceerde elektrokatalysatoren.

Onlangs, Prof. Bin Zhang en collega's van de Tianjin University construeerden een reeks Ru-gedoteerde Cu-materialen door middel van ter plaatse elektroreductie van de overeenkomstige metaalhydroxiden. De geoptimaliseerde Ru _0,05 Cu _0,95 vertoonde superieure elektrokatalytische prestaties voor ammoniaksynthese door gebruik te maken van NO/Ar (1/4, N / N ) als de grondstoffen (Faradaïsche efficiëntie:64,9%, Opbrengst:17,68 µmol cm ^-2 H ^-1 ), duidelijk beter dan Cu-tegenhanger (Faradaïsche efficiëntie:33,0%, Opbrengst:5,73 µmol cm ^-2 H ^-1 ). De alternerende N-route van NOER via Ru _0,05 Cu _0,95 werd bevestigd op basis van de gedetecteerde tussenproducten van elektrochemische ter plaatse Fourier-transformatie infrarood (FTIR) spectroscopie en online differentiële elektrochemische massaspectrometrie (DEMS).

Experimentele en theoretische simulaties onthulden dat de verminderde NS -bandcentrum van oppervlak Cu veroorzaakt door Ru-dotering verminderde de reactie-energie van de snelheidsbeperkende hydrogeneringsstap en de desorptie-energie van NH ₃ , het induceren van de verbetering van de NOER-prestaties. Dit werk kan een nieuwe weg openen voor rationeel ontwerp en constructie van efficiënte elektrokatalysatoren voor NO-naar-NH ₃ conversie.