Katalysatorerna baserade på TiO2−δ Nδ nanotrådar odlade på koltyg har en högre utbytehastighet för ammoniak än elektrokatalysatorn utan N-dopning. Kredit:Journal of Energy Chemistry
Ammoniak är en kolneutral energibärare och potentiellt transportbränsle som används flitigt i konstgödsel, plast och sprängämnen. Konventionella ammoniaksyntesmetoder bygger främst på Haber–Bosch-processen med hög temperatur och högt tryck, vilket leder till avsevärd energiförbrukning och utsläpp av växthusgaser.
Därför är det avgörande att utveckla lämpliga lösningar för att uppnå högeffektiv, lågenergi-, lågemissions- och hållbar ammoniakproduktion under goda miljöförhållanden. Elektrokemisk ammoniaksyntes, som har blivit ett populärt forskningsämne, gör att den termodynamiskt icke-spontana ammoniaksyntesreaktionen kan realiseras under omgivningsförhållanden som drivs av elektrisk energi.
Dock icke-polär N2 är olösligt i vatten, vilket begränsar dess adsorption och aktivering på katalysatorytan, och den konkurrenskraftiga väteutvecklingsreaktionen vid reduktionspotentialen minskar avsevärt utbytet och faradaisk effektivitet av N2 reduktion till ammoniak. Därför hitta nya elektrokatalysatorer med hög katalytisk prestanda och undersöka reaktionsmekanismen för N2 reduktion till ammoniak är avgörande.
Nyligen publicerade professor Luo Wenbin vid Northeastern University och Li Feng vid Institute of Metal Research en artikel med titeln "Boosting nitrogen electrocatalytic fixation by three-dimensional TiO2-δ Nδ nanowire arrays" i Journal of Energy Chemistry . Den första författaren till denna artikel är Mu Jianjia, doktorand vid Northeastern University. Gao Xuanwen, som är docent, är medförfattare. Motsvarande författare är professor Luo Wenbin och Li Feng.
I denna studie odlades 3D nanotrådarrayer på koltyg för att bilda ett integrerat nätverk för att undvika bindemedelsinducerade sidoreaktioner, vilket ökade cykellivslängden. Kvävereduktionsreaktionen (NRR) uppvisade en hög ammoniakutbyteshastighet (14,33 µg h − 1 mgkatt - 1 ) vid -0,2 V och hög Faradic-effektivitet (9,17 %) vid -0,1 V i 0,1 M KOH-elektrolyt, vilket överträffar den rapporterade Ov -rik TiO2 -baserade elektrokatalysatorer.
De synergistiska effekterna av Ov och Ti 3+ i NRR under omgivningsförhållanden demonstrerades experimentellt och teoretiskt, vilket presenterade ett nytt koncept för högeffektiva elektrokatalysatorer. + Utforska vidare
