Schematisk illustration för att främja kväveoxidelektroreduktion till ammoniak över genom Ru-dopning. Kredit:Science China Press
Som en viktig kvävehaltig kemikalie, ammoniak spelar en viktig roll i produktionen av gödningsmedel, sprängämnen och finkemikalier. För närvarande, ammoniak har huvudsakligen tillverkats av H 2 och n 2 under hög temperatur (300-500 o C) och högt tryck (200-300 atm). Denna process förbrukar enorma mängder energi och släpper ut enorma mängder växthusgaser. Således, elektrokemisk ammoniaksyntes (EAS) har väckt stor uppmärksamhet.
Nuvarande, EAS fokuserar främst på den elektrokemiska reduktionen av N 2 . Dock, den inneboende trögheten hos N 2 begränsar kraftigt den faradaiska effektiviteten och utbyteshastigheten för ammoniak. Samtidigt, massiv kväveoxid (NO) släpps ut och orsakar allvarliga miljöproblem. De nuvarande kommersiella behandlingsteknikerna syftar till att omvandla NO till miljövänligt men värdelöst kväve 2 .
Ur synen på att "förvandla avfall till rikedom", Att utveckla nya EAS-strategier genom att använda NO som kvävekälla är en vinn-vinn-möjlighet. Men, utvecklingen av denna teknik fördröjs av bristen på effektiva elektrokatalysatorer. Dessutom, Att identifiera mellanprodukter och avslöja reaktionsmekanismen för NO-elektroreduktionsreaktion (NOER) är avgörande för design och konstruktion av avancerade elektrokatalysatorer.
Nyligen, Prof. Bin Zhang och kollegor vid Tianjin University konstruerade en serie Ru-dopade Cu-material genom på plats elektroreduktion av motsvarande metallhydroxider. Den optimerade Ru 0,05 Cu 0,95 uppvisade överlägsen elektrokatalytisk prestanda för ammoniaksyntes genom att använda NO/Ar (1/4, n / n ) som råmaterial (faradaisk effektivitet:64,9 %, Utbyte:17,68 µmol cm -2 h -1 ), uppenbarligen bättre än Cu-motsvararen (faradaisk effektivitet:33,0 %, Utbyte:5,73 µmol cm -2 h -1 ). Den alternerande N-vägen för NOER över Ru 0,05 Cu 0,95 bekräftades baserat på de upptäckta intermediärerna från elektrokemisk på plats Fourier transform infraröd (FTIR) spektroskopi och online differentiell elektrokemisk masspektrometri (DEMS).
Experimentella och teoretiska simuleringar visade att den minskade d -bandcentrum av ytan Cu orsakad av Ru-dopning minskade reaktionsenergin för det hastighetsbegränsande hydreringssteget och desorptionsenergin för NH 3 , inducerar förbättringen av NOER-prestanda. Detta arbete kan öppna en ny väg för rationell design och konstruktion av effektiva elektrokatalysatorer för NO-till-NH 3 omvandling.
