Nyt elektrokatalysesystem realiserer omgivende ammoniakelektrosyntese

Det er almindeligt kendt, at det elektrokatalytiske nitrogen (N ₂ ) reduktionsreaktion (NRR) kan konvertere N ₂ og H ₂ O til ammoniak (NH ₃ ), et af de mest essentielle kemikalier i det økologiske system. Med vedvarende elektricitet under milde forhold, det er tænkt som en lovende strategi til at erstatte den industrielle Haber-Bosch-proces. Imidlertid, denne metode er stadig langt væk fra den praktiske anvendelse, fordi de udviklede NRR-elektrokatalysatorer og elektrokatalysesystem har lav NH ₃ udbytte og strømeffektivitet.

For nylig, forskere ledet af prof. Zhang Haimin fra Institute of Solid State Physics (ISSP) ved Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) rapporterede deres nye resultater om et ikke-belastende elektrokatalysesystem, som banede vejen for omgivende elektrokatalytisk NRR.

Forskellig fra tidligere forskning, der laster katalysator på substrat, forskerne spredte vandige Ag nanodots (AgND'er) katalysator på elektrolyt og ved hjælp af metallisk titanium (Ti) mesh som strømkollektor for elektrokatalytisk NRR.

I dette nye system, de vandige AgND'er med rigelige katalytiske aktive steder kan effektivt kemisorbere det opløste N ₂ molekyler i elektrolyt, overfør derefter til Ti mesh-strømkollektoren under omrøring for at acceptere H ⁺ /e ^- angreb for NH ₃ dannelse og samtidig regenerere AgND'erne.

"Vores mål er at konstruere et ikke-belastende elektrokatalysesystem, " sagde Li Wenyi, en studerende, der udførte undersøgelsen, "Lab of Laser Fabrication in Liquid of ISSP tilbød en god platform. Vi fremstillede meget spredte AgND'er i vandig opløsning ved hjælp af laser-ablationsteknikken."

Holdet mener, at systemet er nyttigt til at overvinde ulemperne ved konventionel elektrokatalyseproces med katalysatorbelastning.

"Vi er interesserede i at finde ud af, at NRR-ydeevnen kan forbedres yderligere ved simpel modifikation af den metalliske Ti mesh-strømopsamler." sagde Li Wenyi, "Den udnytter fuldt ud de katalytiske aktive steder, der leveres af Ag nanodots med meget eksponerede (111) planer for N ₂ adsorption og aktivering."

Ud over, en to-elektrode konfigureret elektrokemisk reaktor af strømningstypen blev også designet og evalueret til NRR.

Deres arbejde giver en væsentlig vejledning om design af højeffektive elektrokatalysatorer og elektrokatalysesystemer til omgivende NH ₃ elektrosyntese.