Schematisk illustration av en. den icke-laddande NRR-elektrokatalysprocessen och b. den traditionella katalysatorladdande elektrokatalysprocessen. Kredit:LI Wenyi
Det är allmänt känt att det elektrokatalytiska kvävet (N 2 ) reduktionsreaktion (NRR) kan omvandla N 2 och H 2 O till ammoniak (NH 3 ), en av de viktigaste kemikalierna i ekologiska system. Med förnybar el under milda förhållanden, det är tänkt som en lovande strategi för att ersätta den industriella Haber-Bosch-processen. Dock, denna metod är fortfarande långt borta från den praktiska tillämpningen eftersom de utvecklade NRR-elektrokatalysatorerna och elektrokatalyssystemet har låg NH 3 avkastning och strömeffektivitet.
Nyligen, forskare under ledning av prof. Zhang Haimin från Institute of Solid State Physics (ISSP) vid Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) rapporterade sina nya rön om ett icke-lastande elektrokatalyssystem, vilket banade väg för omgivande elektrokatalytisk NRR.
Till skillnad från tidigare forskning som laddar katalysator på substrat, forskarna spred vattenhaltig Ag nanodots (AgNDs) katalysator på elektrolyt och använde metalliskt titanium (Ti) mesh som strömkollektor för elektrokatalytisk NRR.
I detta nya system, de vattenhaltiga AgND med rikligt med katalytiskt aktiva platser kan effektivt kemisorbera det lösta N 2 molekyler i elektrolyt, överför sedan till Ti mesh-strömkollektorn under omrörning för att acceptera H + /e - attack för NH 3 bildande och samtidigt regenerera AgND:erna.
"Vårt mål är att konstruera ett icke-belastande elektrokatalyssystem, sa Li Wenyi, en student som utförde forskningen, "Lab of Laser Fabrication in Liquid of ISSP erbjöd en bra plattform. Vi tillverkade starkt dispergerade AgND i vattenlösning med hjälp av laserablationsteknik."
Teamet tror att systemet är till hjälp för att övervinna nackdelarna med konventionell katalysatorladdande elektrokatalysprocess.
"Vi är intresserade av att upptäcka att NRR-prestandan kan förbättras ytterligare genom enkel modifiering av den metalliska Ti-mesh-strömavtagaren." sa Li Wenyi, "Det drar full nytta av de katalytiska aktiva ställena som tillhandahålls av Ag nanodots med mycket exponerade (111) plan för N 2 adsorption och aktivering."
Dessutom, en tvåelektrodkonfigurerad elektrokemisk reaktor av flödestyp designades också och utvärderades för NRR.
Deras arbete ger en viktig vägledning för att designa högeffektiva elektrokatalysatorer och elektrokatalyssystem för omgivande NH 3 elektrosyntes.
