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上海硅酸鹽所在電化學精煉研究中取得進展
發布時間: 2022-06-07 23:21 | 【 【打印】【關閉】

  (NH3)是工業和農業生產中重要的氮資源,也是一種具有高能量密度的能量載體。工業合成氨嚴重依賴于高能耗Haber-Bosch法。電催化氮還原反應(NRR),可以在常溫常壓下利用氮氣和水生產NH3,是一種綠色、可持續的技術。但是,N2的低溶解度以及析氫反應(HER)的高競爭性導致NRR合成氨的低效率(Adv. Mater., 2021, 33, 2007509)。由于N=O鍵的解離能低于NN鍵以及硝酸鹽的高溶解特性,硝酸鹽還原反應(NO3RR)被認為是一種理想的合成氨方法。但是,陽極析氧反應遲緩的動力學嚴重增加了電化學精煉器件的能耗。 

  近日,中國科學院上海硅酸鹽研究所王家成研究員團隊提出了通過甘油氧化反應(GOR)取代析氧反應(OER)以降低NO3RR器件工作能耗的新策略。該團隊制備了一種由結晶Cu2(OH)3(NO3)和無定形Ni(OH)2組成的非貴金屬NiCu-OH預催化劑。實驗表明,在陰極NO3RR條件下,NiCu-OH可以轉化為無定形Ni(OH)2耦合的活性Cu納米顆粒。同時,在陽極GOR條件下,NiCu-OH衍生的雙金屬氧化物(NiCuO)可以轉變為與富含Cu空位的CuONiOOH活性物種?;谥貥嫷?/span>NiCu基催化劑的電化學精煉系統只需要1.37 V 的低電位即可輸出100 mA cm-2的電流密度,可在陰極和陽極分別連續生產氨和甲酸鹽。該成果為構建新型電化學精煉系統生產綠色氨和其它高附加值精細化學品開辟了一條新途徑。該研究成果發表在國際期刊Energy Environ. Sci.上。 

  論文的第一作者為上海硅酸鹽所聯合培養博士研究生李善霖,通訊作者為王家成研究員和蘇州科技大學馬汝廣教授。相關研究工作得到了國家自然科學基金面上、重大研究計劃培育和上海市優秀青年學術帶頭人等項目的資助和支持。 

  相關鏈接:https://doi.org/10.1039/D2EE00461E。 

電化學精煉系統及陰陽極催化劑重構示意圖

硝酸根還原耦合甘油氧化電解器件結構圖及工作性能

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