Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Ji Liang dell'Università di Tianjin, in Cina, ha presentato sistematicamente i progressi della ricerca sulla preparazione di nitrato/nitrito mediante reazione di elettroossidazione dell'ammoniaca e ha proposto diverse strategie per migliorare le prestazioni elettrocatalitiche dei catalizzatori modulando la loro composizione e struttura per inibire le reazioni collaterali e la corrosione degli elettrodi nel processo elettrocatalitico e infine propone le opportunità e le sfide affrontate dall'elettrocatalisi dell'ammoniaca, nonché la sua tendenza allo sviluppo.
I risultati sono stati pubblicati sul Chinese Journal of Catalysis .
Nitrito e nitrato (NO2/3 - ) sono sostanze importanti nell'industria, nell'agricoltura e nell'ingegneria alimentare. L'attuale processo di produzione NO2/3 - L'ossidazione di Ostwald è spesso accompagnata da un notevole consumo di energia e da emissioni di gas serra.
L'ossidazione elettrocatalitica dell'ammoniaca è un processo a bassa temperatura a basse emissioni ed efficiente dal punto di vista energetico che consente la produzione continua di NO2/3 - , evitando la formazione di dannosi N2 O, e può essere completamente alimentato da elettricità rinnovabile. La maggior parte degli studi attuali sulla reazione di ossidazione dell'ammoniaca si sono concentrati sulla produzione di idrogeno dal cracking dell'ammoniaca e dalle celle a combustibile dirette all'ammoniaca, mentre lo studio sulla rilevanza della conversione dell'ammoniaca in NO2/3 - ha ricevuto poca attenzione.
Pertanto, sulla base del riassunto del lavoro degli ultimi anni, forniamo una panoramica del meccanismo di reazione e idee di progettazione dei catalizzatori per fornire una guida teorica ai ricercatori per sviluppare catalizzatori concentrandosi su NO2/3 - generazione e gettare le basi per i futuri sistemi del ciclo dell'azoto.
Basato sul possibile meccanismo di reazione della reazione di ossidazione dell'ammoniaca elettrocatalitica (AOR), questo documento introduce le condizioni di reazione, i metodi di rilevamento, i metodi di caratterizzazione in situ e i calcoli teorici dell'AOR. Sulla base della sintesi dei fattori che influenzano i catalizzatori AOR, questo documento propone le strategie di progettazione e i metodi di sintesi degli elettrocatalizzatori negli ultimi anni e offre una prospettiva sul futuro sviluppo del campo dell'ammoniaca.
In primo luogo, vengono discusse le principali difficoltà dell'AOR in base al principio di reazione e al percorso di adsorbimento degli intermedi di reazione. Quindi, vengono sistematicamente riassunti i requisiti di test dell'AOR e gli importanti ruoli della caratterizzazione in-situ nello studio meccanicistico dell'AOR, e gli importanti ruoli della teoria del funzionale densità (DFT) per lo studio delle barriere energetiche di reazione e dell'elettrone-orbitale del catalizzatore vengono discusse le distribuzioni nel processo catalitico dell'AOR.
Inoltre, strategie controllabili come la progettazione della lega catalitica, l'ingegneria dell'interfaccia, il trattamento di amorfizzazione e la modulazione mono o biatomica possono aiutare a inibire le reazioni collaterali e il danneggiamento degli elettrodi da parte delle sostanze corrosive generate durante il processo di elettrolisi.
Infine, vengono presentati i progressi dell'ossidazione dell'ammoniaca nelle applicazioni foto, termo e biocatalitiche e vengono suggerite le sfide attuali e le strategie di soluzione per l'AOR, come la combinazione della progettazione avanzata dei materiali con calcoli teorici, per aiutare a trovare nuovi prodotti ad alto contenuto di carbonio. elettrocatalizzatori AOR ad alte prestazioni.
Il miglioramento del sistema catalitico e l'ottimizzazione del reattore accelereranno l'industrializzazione della preparazione elettrocatalitica verde, efficiente e a basso consumo energetico su larga scala di NO2/3 - .
In sintesi, i progressi compiuti nel campo dell'AOR sono sufficienti per confermare la fattibilità dell'elettroossidazione dell'ammoniaca per la preparazione di NO2/3 - per la produzione industriale, che offre nuove opportunità per la crescente domanda di NO2/3 - fornitura.
Sebbene AOR debba ancora affrontare i problemi di basse prestazioni e processi immaturi, con la combinazione di ricerca teorica e sperimentale e lo sviluppo e l'utilizzo della tecnologia di caratterizzazione in situ, in futuro appariranno catalizzatori AOR efficienti e stabili e l'energia priva di carbonio verrà istituito rapidamente un sistema di rete di recupero incentrato sull'AOR.
Ulteriori informazioni: Yunrui Tian et al, Elettrocatalizzatori a base metallica per la reazione di elettroossidazione dell'ammoniaca a nitrato/nitrito:passato, presente e futuro, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64576-0
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
