Illustrazione schematica per promuovere l'elettroriduzione dell'ossido nitrico ad ammoniaca tramite doping Ru. Credito:Science China Press
Come importante sostanza chimica contenente azoto, l'ammoniaca svolge un ruolo fondamentale nella produzione di fertilizzanti, esplosivi e prodotti della chimica fine. Attualmente, l'ammoniaca è stata prodotta principalmente da H 2 e n 2 ad alta temperatura (300-500 o C) e alta pressione (200-300 atm). Questo processo consuma enormi quantità di energia e scarica grandi quantità di gas serra. Così, la sintesi elettrochimica dell'ammoniaca (EAS) ha attirato un'attenzione intensa.
Attualmente, EAS si concentra principalmente sulla riduzione elettrochimica di N 2 . Però, l'inerzia intrinseca di N 2 limita fortemente l'efficienza faradaica e il tasso di resa dell'ammoniaca. Contemporaneamente, l'ossido nitrico massiccio (NO) viene scaricato e causa gravi problemi ambientali. Le attuali tecnologie di trattamento commerciale mirano a convertire l'NO in N . ecologico ma inutile 2 .
Dal punto di vista di "trasformare i rifiuti in ricchezza", lo sviluppo di nuove strategie EAS adottando l'NO come fonte di azoto è un'opportunità vantaggiosa per tutti. Ma, lo sviluppo di questa tecnologia è ritardato dalla mancanza di elettrocatalizzatori efficienti. Inoltre, identificare gli intermedi e svelare il meccanismo di reazione della reazione di elettroriduzione dell'NO (NOER) è fondamentale per la progettazione e la costruzione di elettrocatalizzatori avanzati.
Recentemente, Il prof. Bin Zhang e i colleghi dell'Università di Tianjin hanno costruito una serie di materiali Cu drogati con Ru attraverso sul posto elettroriduzione dei corrispondenti idrossidi metallici. Il Ru . ottimizzato 0.05 Cu 0,95 hanno mostrato prestazioni elettrocatalitiche superiori per la sintesi dell'ammoniaca utilizzando NO/Ar (1/4, n / n ) come materie prime (efficienza faradaica:64,9%, Resa:17,68 µmol cm -2 h -1 ), ovviamente superando la controparte del Cu (efficienza faradaica:33,0%, Resa:5,73 µmol cm -2 h -1 ). Il percorso N alternato di NOER su Ru 0.05 Cu 0,95 è stata confermata sulla base degli intermedi rilevati dall'elettrochimica sul posto Spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR) e spettrometria di massa elettrochimica differenziale online (DEMS).
Simulazioni sperimentali e teoriche hanno svelato che la diminuzione D -banda centro della superficie Cu causata dal drogaggio Ru ha ridotto l'energia di reazione della fase di idrogenazione limitante la velocità e l'energia di desorbimento di NH 3 , inducendo il miglioramento delle prestazioni del NOER. Questo lavoro potrebbe aprire una nuova strada per la progettazione razionale e la costruzione di elettrocatalizzatori efficienti per NO-to-NH 3 conversione.
