Engenharia de defeitos de superfície de matrizes de nanofios para redução eficiente de nitrogênio para síntese de amônia
Os catalisadores baseados em TiO2-δ Nδ nanofios cultivados em tecido de carbono apresentam uma maior taxa de rendimento de amônia do que o eletrocatalisador sem dopagem de N. Crédito:Journal of Energy Chemistry
A amônia é um transportador de energia neutro em carbono e combustível de transporte potencial aplicado extensivamente em fertilizantes, plásticos e explosivos. Os métodos convencionais de síntese de amônia dependem principalmente do processo Haber-Bosch de alta temperatura e alta pressão, que leva a um consumo de energia considerável e emissões de gases de efeito estufa.
Portanto, desenvolver soluções apropriadas para alcançar a produção de amônia de alta eficiência, baixa energia, baixa emissão e sustentável sob condições ambientais benignas é fundamental. A síntese eletroquímica de amônia, que se tornou um tópico de pesquisa popular, permite que a reação de síntese de amônia termodinamicamente não espontânea seja realizada sob condições ambientais impulsionadas por energia elétrica.
No entanto, N
2 não polar é insolúvel em água, o que limita sua adsorção e ativação na superfície do catalisador, e a reação competitiva de evolução de hidrogênio no potencial de redução reduz substancialmente o rendimento e a eficiência faradaica do N
2 redução a amônia. Portanto, encontrar novos eletrocatalisadores com alto desempenho catalítico e investigar o mecanismo de reação do N
2 redução à amônia são cruciais.
Recentemente, o professor Luo Wenbin da Northeastern University e Li Feng do Insititute of Metal Research publicaram um artigo intitulado "Boosting nitrogen eletrocatalytic fixation by tridimensional TiO
2-δ N
δ matrizes de nanofios" no
Journal of Energy Chemistry . O primeiro autor deste artigo é Mu Jianjia, estudante de doutorado na Northeastern University. Gao Xuanwen, que é Professor Associado, é o co-autor. Os autores correspondentes são o Professor Luo Wenbin e Li Feng.
Neste estudo, matrizes de nanofios 3D foram cultivadas em tecido de carbono para formar uma rede integrada para evitar reações colaterais induzidas por ligantes, aumentando a vida útil do ciclo. A reação de redução de nitrogênio (NRR) exibiu uma alta taxa de rendimento de amônia (14,33 µg h
−
1
mg
gato
−
1
) a -0,2 V e alta eficiência farádica (9,17%) a -0,1 V em eletrólito KOH 0,1 M, superando o relatado O
v -rico em TiO
2 eletrocatalisadores baseados.
Os efeitos sinérgicos de O
v e Ti
3+
no NRR sob condições ambientais foram demonstrados experimentalmente e teoricamente, apresentando assim um novo conceito para eletrocatalisadores altamente eficientes.
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