science >> Wetenschap >  >> Chemie

Surface defect engineering van nanodraadarrays naar efficiënte stikstofreductie voor ammoniaksynthese

De katalysatoren op basis van TiO2−δ Nδ nanodraden gekweekt op koolstofdoek hebben een hogere opbrengst voor ammoniak dan de elektrokatalysator zonder N-doping. Credit:Journal of Energy Chemistry

Ammoniak is een koolstofneutrale energiedrager en potentiële transportbrandstof die op grote schaal wordt toegepast in meststoffen, kunststoffen en explosieven. Conventionele ammoniaksynthesemethoden zijn voornamelijk afhankelijk van het Haber-Bosch-proces bij hoge temperatuur en hoge druk, wat leidt tot aanzienlijk energieverbruik en broeikasgasemissies.

Daarom is het van cruciaal belang om geschikte oplossingen te ontwikkelen voor het bereiken van hoogrenderende, energiezuinige, emissiearme en duurzame ammoniakproductie onder gunstige milieuomstandigheden. Elektrochemische ammoniaksynthese, dat een populair onderzoeksonderwerp is geworden, maakt het mogelijk de thermodynamisch niet-spontane ammoniaksynthesereactie te realiseren onder omgevingsomstandigheden die worden aangedreven door elektrische energie.

Echter, niet-polaire N2 is onoplosbaar in water, wat de adsorptie en activering op het katalysatoroppervlak beperkt, en de competitieve waterstofontwikkelingsreactie bij het reductiepotentieel vermindert de opbrengst en Faraday-efficiëntie van N2 aanzienlijk reductie tot ammoniak. Daarom, het vinden van nieuwe elektrokatalysatoren met hoge katalytische prestaties en het onderzoeken van het reactiemechanisme van N2 reductie tot ammoniak is cruciaal.

Onlangs publiceerden professor Luo Wenbin van de Northeastern University en Li Feng van het Insititute of Metal Research een paper met de titel "Boosting stikstof elektrokatalytische fixatie door driedimensionale TiO2-δ Nδ nanodraadarrays" in het Journal of Energy Chemistry . De eerste auteur van dit artikel is Mu Jianjia, een doctoraalstudent aan de Northeastern University. Gao Xuanwen, universitair hoofddocent, is de co-auteur. De corresponderende auteurs zijn professor Luo Wenbin en Li Feng.

In deze studie werden 3D-nanodraadarrays gekweekt op koolstofdoek om een ​​geïntegreerd netwerk te vormen om door bindmiddel geïnduceerde nevenreacties te vermijden, waardoor de levensduur van de cyclus werd verlengd. De stikstofreductiereactie (NRR) vertoonde een hoge ammoniakopbrengst (14,33 µg h 1 mgkat 1 ) bij -0,2 V en hoge Faradische efficiëntie (9,17%) bij -0,1 V in 0,1 M KOH elektrolyt, beter dan de gerapporteerde Ov -rijke TiO2 gebaseerde elektrokatalysatoren.

De synergetische effecten van Ov en Ti 3+ in de NRR onder omgevingsomstandigheden werden experimenteel en theoretisch gedemonstreerd, waarmee een nieuw concept voor zeer efficiënte elektrokatalysatoren werd gepresenteerd. + Verder verkennen

Stimuleren van elektrokatalytische ammoniaksynthese van rhodiumkatalysator