Jüngste Fortschritte in der elektrokatalytischen Ammoniaksynthese

NH3 ist die zweitgrößte Chemikalie der Welt und fast 80 % des produzierten NH3 werden in der Düngemittelsynthese eingesetzt. Mittlerweile ist NH3 ein unverzichtbarer Rohstoff für die Herstellung von Salpetersäure, die in der chemischen Produktion weiterverwendet werden kann.

Darüber hinaus verfügt NH3 über eine hohe Wasserstoffkapazität, was es zu einem potenziell kohlenstofffreien Kraftstoff macht. Als eine der größten Erfindungen ermöglicht das Haber-Bosch-Verfahren die großtechnische Produktion von wertschöpfendem NH3; Aufgrund der hohen Betriebskosten und negativen Umweltauswirkungen des Haber-Bosch-Prozesses verstößt es jedoch gegen den Grundsatz der Theorie der nachhaltigen Entwicklung.

Daher ist es unerlässlich, umweltfreundliche und nachhaltige Ansätze zur Herstellung von NH3 zu erkunden und gleichzeitig eine globale ökologische Nachhaltigkeit zu verwirklichen.

Die künstliche elektrokatalytische NH3-Synthese (die mit sauberem erneuerbarem Strom gekoppelt werden kann) hat sich in letzter Zeit zu einem Forschungsschwerpunkt entwickelt, bei dem die Mehrheit der Forscher N2-Gas als N-Quelle verwendet. Obwohl die elektrokatalytische N2-Reduktionsreaktion (NRR) einen umweltfreundlichen und nachhaltigen Weg zur NH3-Produktion in der Umgebungsluft darstellt, ist die Umwandlungseffizienz der N2-Reduktion zu NH3 aufgrund der hohen thermodynamischen Stabilität des N2-Moleküls unbefriedigend.

Glücklicherweise gelten die aktiveren N-Quellen (d. h. NO, NO2−, NO3−) als attraktive Vorläufer zur Erzielung einer effektiven NH3-Produktion, und inzwischen ist die Entwicklung der elektrokatalytischen NO-Reduktionsreaktion (NORR) und NO3−/NO2− ( NEINX−) Die Reduktionsreaktion (NtrRR) soll auch die damit verbundene Umweltverschmutzung kontrollieren und abmildern.

Obwohl viele vielversprechende Studien auf dem Gebiet der künstlichen Elektrosynthese von NH3 durchgeführt wurden, bleiben das Design und die Entwicklung aktiver Elektrokatalysatoren mit hoher Selektivität und Stabilität zur Erzielung einer effizienten NH3-Produktion gewisse Herausforderungen.

Kürzlich stellte ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof , theoretische Fortschritte und elektrochemische Leistung.

Die Herausforderungen und Zukunftsperspektiven werden auch in den Schlussbemerkungen vorgestellt, um Erfahrungen zu liefern und kritischere Erkenntnisse für die elektrokatalytischen NH3-Synthesereaktionen anzuregen. Die Ergebnisse wurden im veröffentlicht Chinesisches Journal für Katalyse.