Illustration av PEC NRR-processen på BP-elektrod. Kredit:WANG Jiahong
Ammoniak (NH 3 ) är en viktig kemikalie inom industrin och jordbruket samt en framväxande energibärare med stort väteinnehåll.
Som ett alternativ till den högenergikrävande Haber-Bosch ammoniaksyntesen, fotoelektrokemisk (PEC) teknik har föreslagits för att producera ammoniak från N 2 och H 2 O vid omgivande atmosfär. Dock, effektiva och ädla metallfria elektrodmaterial är fortfarande nyckeln till PEC-syntes av ammoniak.
En forskargrupp ledd av Dr WANG Jiahong och Prof. YU Xuefeng från Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) vid den kinesiska vetenskapsakademin föreslog en elektrod för svart fosfor (BP) för effektiv artificiell syntes av ammoniak.
Elektroden tillverkades genom skikt-för-skikt montering av BP nanosheets på ett indiumtennoxid (ITO) substrat som den metallfria tvådimensionella katalysatorn för den fotoelektrokemiska (PEC) kvävereduktionsreaktionen (NRR).
Studien, med titeln "Fotoelektrokemisk syntes av ammoniak med svart fosfor, " publicerades i Avancerade funktionella material den 20 april.
I den här studien, BP-elektroden uppvisade mycket effektiv PEC NRR-aktivitet med en ammoniakutbyte på 102,4 μg·h -1 mgcat. -1 , Faradaic-effektiviteten på 23,3 % vid -0,4 V och god långsiktig stabilitet, som var den bästa bland icke-metalliska katalysatorer för syntes av ammoniak genom fotokatalys och elektrokatalys.
Dessutom, den gynnsamma ytan för desorption av väte, upphöjt platt band, yttre elektriskt fält, och förbrukade hål förbättrade ammoniakproduktiviteten synergistiskt.
"BP har många funktioner som är lämpliga för syntes av ammoniak, " sa Dr. WANG Jiahong. "Det är en direkt bandgap-halvledare med hög bärarrörlighet såväl som ljusabsorption som spänner över ett brett spektrum. Den svaga väteabsorptionen på bar BP kan också undertrycka den konkurrerande väteutvecklingsreaktionen. NRR-katalysatorbiblioteket skulle utökas genom införandet av tvådimensionellt material av p-typ."
