En forskargrupp ledd av professor Zhang Haimin från Hefei Institutes of Physical Science vid den kinesiska vetenskapsakademin har genomfört en systematisk studie av regleringsmekanismen för heterostrukturbimetalliska fosfidelektrokatalysatorer för att förbättra prestandan hos elektrokemiska nitratreduktionsreaktioner.
"Katalysatorn visar olika ammoniaksyntesprestanda i olika reaktorer," sa Dr. Jin Meng, "så vi provade tre olika elektrolysatorer för att förbättra prestanda hos elektrokatalysatorerna."
Konfigurationen av elektrolysören kommer i hög grad att påverka den lokala reaktionsmiljön nära elektroden, och sedan påverka den katalytiska prestandan, forskarna valde tre olika elektrolysatorer för att studera regleringsmekanismen för elektrokatalysatorns prestanda.
Resultaten publicerades i Nano Research .
Nitratanjon (NO3 - ) är betydande föroreningar i industriellt avloppsvatten och jordbruksproduktion. Elektrokatalytisk nitratreduktion (NO3 RR) är ett effektivt sätt att lösa miljöproblem och producera grön ammoniak (NH3). ). Men NEJ3 RR-processen är komplex, involverar multipel elektron- och protonöverföring, och lider av låg Faraday-effektivitet på grund av konkurrens från väteutvecklingsreaktioner. Ett elektrokemiskt NO3 RR-reaktorn är också avgörande för att uppnå högeffektiv omvandling av NO3 - till NH3 .
I denna studie syntetiserade forskarna en serie bimetalliska koppar-nickelfosfidelektrokatalysatorer på kommersiellt kolpapper (CP) med en enkel hydrotermisk metod i ångfas. Den elektrokatalytiska prestandan hos dessa katalysatorer för NO3 RR utvärderades först i en elektrolytisk cell av H-typ. Resultaten visade att Cu3 P-Ni2 P/CP-x kunde bilda rika heterogränssnitt, vilket förbättrade elektronöverföringen och förbättrade NO3 RR-effektivitet.
För att ytterligare förstå skillnaden i NO3 RR-kinetik för elektrokatalysatorer använde forskarna en roterande skivelektroduppställning för att testa motsvarande katalytiska kinetiska parametrar.
Dessutom satte de ihop katalysatorn i membran-elektrodmonteringselektrolysatorn (MEA), vilket visade den mycket effektiva aktiviteten och hållbarheten för NO3 RR vid industriella strömtätheter. In-situ spektroskopi, kombinerat med teoretiska beräkningar, avslöjade att närvaron av heterogränssnitt effektivt reglerade reaktantadsorptionen, och reaktionsmekanismen följde en sekventiell hydrodeoxygeneringsväg.
Dessa resultat bidrar till en bättre förståelse av det elektrokatalytiska NO3 RR bearbetar och banar väg för utveckling av effektiva och hållbara katalysatorer för hållbar ammoniaksyntes.
Mer information: Meng Jin et al, Heterostructure Cu3P−Ni2P/CP katalysatormonterad membranelektrod för högeffektiv elektrokatalytisk nitrat till ammoniak, Nano Research (2024). DOI:10.1007/s12274-024-6474-z
Journalinformation: Nanoforskning
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
