在室溫常壓下利用氮氣合成氨
瀏覽次數(shù)： 342 發(fā)布時間：2017-09-13 09:31:01 發(fā)布人：editor
合成氨工業(yè)被認為是20世紀最偉大的化學(xué)發(fā)明，在最初的合成氨反應(yīng)只有極微量的0.005%氨產(chǎn)生，經(jīng)過近一百年來科學(xué)家的不懈努力，實現(xiàn)了在高溫(300-500ºC)、高壓(200-300個大氣壓)下工業(yè)化合成氨的化學(xué)反應(yīng)流程和化學(xué)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(lǐng)域催化劑研究的科學(xué)家諾貝爾化學(xué)獎。但是當前工業(yè)化合成氨每噸氨的生產(chǎn)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(jié)能減排成為了合成氨面臨的巨大挑戰(zhàn)。
【成果簡介】
8月23日，該研究實現(xiàn)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(fā)表在英國皇家化學(xué)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(yōu)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(xué)方法實現(xiàn)了低能耗、零CO2排放的合成氨，采用 (110)晶面擇優(yōu)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(xué)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(shù)電化學(xué)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(lǐng)域的記錄創(chuàng)造者和領(lǐng)跑者。該項研究對電化學(xué)催化合成氨領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和優(yōu)秀催化劑的開發(fā)將起到積極的推進作用。
圖文導(dǎo)讀
圖1. 不同晶面擇優(yōu)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(yè)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(yōu)取向Mo基催化劑在不同電壓下的法拉第效率(a)和產(chǎn)氨速率(b)
【工作小結(jié)】
本研究采用采用 (110)晶面擇優(yōu)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(xué)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(lǐng)域已經(jīng)報道的最大合成效率。本研究對電化學(xué)催化合成氨領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和優(yōu)秀催化劑的開發(fā)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)