Overfladedefektkonstruktion af nanowire-arrays mod effektiv nitrogenreduktion til ammoniaksyntese

Ammoniak er en kulstofneutral energibærer og potentielt transportbrændstof, der anvendes i vid udstrækning i gødning, plastik og sprængstoffer. Konventionelle ammoniaksyntesemetoder er primært afhængige af højtemperatur- og højtryks Haber-Bosch-processen, som fører til et betydeligt energiforbrug og drivhusgasemissioner.

Derfor er det afgørende at udvikle passende løsninger til at opnå højeffektiv, lavenergi-, lavemissions- og bæredygtig ammoniakproduktion under godartede miljøforhold. Elektrokemisk ammoniaksyntese, som er blevet et populært forskningsemne, gør det muligt at realisere den termodynamisk ikke-spontane ammoniaksyntese reaktion under omgivende forhold drevet af elektrisk energi.

Dog ikke-polær N₂ er uopløseligt i vand, hvilket begrænser dets adsorption og aktivering på katalysatoroverfladen, og den konkurrerende hydrogenudviklingsreaktion ved reduktionspotentialet reducerer udbyttet og faradaisk effektivitet af N₂ væsentligt. reduktion til ammoniak. Derfor, at finde nye elektrokatalysatorer med høj katalytisk ydeevne og undersøge reaktionsmekanismen for N₂ reduktion til ammoniak er afgørende.

For nylig offentliggjorde professor Luo Wenbin ved Northeastern University og Li Feng ved Institute of Metal Research en artikel med titlen "Boosting nitrogen electrocatalytic fixation by three-dimensional TiO_2-δ N_δ nanowire arrays" i Journal of Energy Chemistry . Den første forfatter til dette papir er Mu Jianjia, en doktorand ved Northeastern University. Gao Xuanwen, der er lektor, er medforfatter. De tilsvarende forfattere er professor Luo Wenbin og Li Feng.

I denne undersøgelse blev 3D nanowire-arrays dyrket på kulstofdug for at danne et integreret netværk for at undgå bindemiddel-inducerede sidereaktioner, hvilket øgede cyklus levetid. Nitrogenreduktionsreaktionen (NRR) udviste en høj ammoniakudbyttehastighed (14,33 µg h ^{- 1} mg_kat ^{- 1} ) ved -0,2 V og høj Faradic-effektivitet (9,17 %) ved -0,1 V i 0,1 M KOH-elektrolyt, hvilket overgår den rapporterede O_v -rig TiO₂ -baserede elektrokatalysatorer.

De synergistiske virkninger af O_v og Ti ³⁺ i NRR under omgivende betingelser blev eksperimentelt og teoretisk demonstreret, hvilket præsenterede et nyt koncept for højeffektive elektrokatalysatorer. + Udforsk yderligere

Forøgelse af elektrokatalytisk ammoniaksyntese af rhodiumkatalysator