在室溫常壓下利用氮氣合成氨
瀏覽次數： 342 發布時間：2017-09-13 09:31:01 發布人：editor
合成氨工業被認為是20世紀最偉大的化學發明，在最初的合成氨反應只有極微量的0.005%氨產生，經過近一百年來科學家的不懈努力，實現了在高溫(300-500ºC)、高壓(200-300個大氣壓)下工業化合成氨的化學反應流程和化學工藝，因為氨的重要性，諾貝爾獎委員會分別在1918年、1931年和2007年前后三次授予這個領域催化劑研究的科學家諾貝爾化學獎。但是當前工業化合成氨每噸氨的生產伴隨著約1.87噸的CO2的排放，在能源緊張同時CO2排放受限的當下，如何節能減排成為了合成氨面臨的巨大挑戰。
【成果簡介】
8月23日，該研究實現了常溫、常壓下，利用氮氣和水為原料制備氨。研究成果以論文的形式發表在英國皇家化學會旗下的Journal of Materials Chemistry A(影響因子8.9)。鑒于研究成果的意義重大，該論文被選為熱點論文(Hot paper)。論文題目為“在110晶面擇優取向Mo納米膜上低過電位還原N2”(Electrochemical reduction of aqueous nitrogen (N2) at a low overpotential on (110)-oriented Mo nanofilm)，通訊作者為哈工大副教授王志江。
【本文亮點】
王志江課題組采用電化學方法實現了低能耗、零CO2排放的合成氨，采用 (110)晶面擇優取向的金屬鉬為電催化劑，以大自然普遍存在的氮氣和水為原材料，在常溫常壓下0.14 V的過電勢條件下合成氨，電化學法拉第效率達到0.72%，最大氨合成速率達到3.09×10-11 mol s-1cm-2，報告的克服了以往的大多數電化學催化劑需要高的過電勢，法拉第效率不足0.3%的缺點，是該領域的記錄創造者和領跑者。該項研究對電化學催化合成氨領域的基礎研究和優秀催化劑的開發將起到積極的推進作用。
圖文導讀
圖1. 不同晶面擇優取向Mo基催化劑的XRD圖譜
(Mo-D-R-5h)電鍍5h后酸洗處理的Mo基催化劑;
(Mo-D-R-1h)電鍍1h后酸洗處理的Mo基催化劑;
(Mo-foil)商業Mo箔;
(Mo-A-R)陽極氧化再還原的Mo基催化劑;
圖2. 不同晶面擇優取向Mo基催化劑在不同電壓下的法拉第效率(a)和產氨速率(b)
【工作小結】
本研究采用采用 (110)晶面擇優取向的金屬Mo為電催化劑，以大自然普遍存在的氮氣和水為原材料，在常溫常壓下0.14 V的過電勢條件下合成氨，電化學法拉第效率達到0.72%，最大氨合成速率達到3.09×10-11 mol s-1cm-2，是該領域已經報道的最大合成效率。本研究對電化學催化合成氨領域的基礎研究和優秀催化劑的開發將起到積極的推進作用。
文獻鏈接：Electrochemical reduction of aqueous nitrogen (N2) at a low overpotential on (110)-oriented Mo nanofilm(JMCA,2017,DOI:10.1039/C7TA06139K)