用于氨电氧化反应生成硝酸盐亚硝酸盐的金属基电催化剂

发布时间：2024-03-11 16:36:05 栏目：精选知识

导读 近日，天津大学季良教授领导的研究团队系统介绍了氨电氧化反应制备硝酸盐/亚硝酸盐的研究进展，并提出了通过调节催化剂电催化性能的不同策...

近日，天津大学季良教授领导的研究团队系统介绍了氨电氧化反应制备硝酸盐/亚硝酸盐的研究进展，并提出了通过调节催化剂电催化性能的不同策略来增强催化剂的电催化性能。分析了它们的组成和结构，以抑制电催化过程中的副反应和电极腐蚀，最后提出氨电催化面临的机遇和挑战以及发展趋势。



亚硝酸盐和硝酸盐(NO 2/3 -)是工业、农业和食品工程中的重要物质。当前通过奥斯特瓦尔德氧化制造 NO 2/3 −的过程通常伴随着大量的能源消耗和温室气体排放。氨的电催化氧化是一种低排放、节能的低温工艺，可以连续生产NO 2/3 - ，避免有害的N 2 O的形成，并且可以完全由可再生电力提供动力。目前大多数关于氨氧化反应的研究都集中在氨裂解制氢和直接氨燃料电池上，而氨转化为NO 2/3 -的相关性研究却很少受到关注。因此，我们在总结近年来工作的基础上，对催化剂的反应机理和设计思路进行综述，为研究人员开发以NO 2/3 -生成为主的催化剂提供理论指导，为未来氮循环奠定基础。系统。

基于电催化氨氧化反应(AOR)可能的反应机理，介绍了AOR的反应条件、检测方法、原位表征方法和理论计算。本文在总结影响AOR催化剂的因素的基础上，提出了近年来电催化剂的设计策略和合成方法，并对合成氨领域的未来发展进行了展望。首先，从反应原理和反应中间体的吸附路径出发，讨论了AOR的关键难点。然后系统总结了AOR的测试要求以及原位表征在AOR机理研究中的重要作用，以及密度泛函理论(DFT)对于反应能垒和催化剂电子轨道研究的重要作用。讨论了 AOR 催化过程中的分布。此外，催化剂合金设计、界面工程、非晶化处理、单原子或双原子调制等可控策略有助于抑制副反应以及电解过程中产生的腐蚀性物质对电极的损害。最后，介绍了氨氧化在光催化、热催化和生物催化应用中的进展，并提出了AOR当前的挑战和解决策略，例如先进材料设计与理论计算的结合，以帮助寻找新的高催化效率。高性能 AOR 电催化剂。催化体系的完善和反应器的优化将加速大规模绿色、高效、低能耗电催化制备NO 2/3 -的产业化。

综上所述，AOR领域取得的进展足以证实氨电氧化制备NO 2/3 -用于工业生产的可行性，这为不断增长的NO 2/3 -供应需求带来了新的机遇。尽管AOR仍面临性能低下、工艺不成熟的问题，但随着理论与实验研究的结合，以及原位表征技术的开发利用，未来高效稳定的AOR催化剂将会出现，无碳化的AOR催化剂将在未来几年内出现。以AOR为核心的能量回收网络体系将迅速建立。