Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Ji Liang da Universidade de Tianjin, China, apresentou sistematicamente o progresso da pesquisa sobre a preparação de nitrato/nitrito pela reação de eletro-oxidação de amônia e propôs diferentes estratégias para melhorar o desempenho eletrocatalítico dos catalisadores, modulando seu composição e estrutura para inibir as reações colaterais e corrosão do eletrodo no processo eletrocatalítico e, finalmente, propõe as oportunidades e desafios enfrentados pela eletrocatálise de amônia, bem como sua tendência de desenvolvimento.



Os resultados foram publicados no Chinese Journal of Catalysis .

Nitrito e nitrato (NO_2/3 ⁻ ) são substâncias importantes na indústria, agricultura e engenharia alimentar. O processo atual de fabricação de NO_2/3 ⁻ pela oxidação de Ostwald é frequentemente acompanhada por um consumo significativo de energia e emissões de gases com efeito de estufa.

A oxidação eletrocatalítica da amônia é um processo de baixa emissão e baixo consumo de energia que permite a produção contínua de NO_2/3 ⁻ , evitando a formação de N₂ nocivos O, e pode ser totalmente alimentado por eletricidade renovável. A maioria dos estudos atuais sobre a reação de oxidação da amônia concentrou-se na produção de hidrogênio a partir do craqueamento da amônia e células a combustível direta de amônia, enquanto o estudo da relevância da conversão da amônia em NO_2/3 ⁻ tem recebido pouca atenção.

Portanto, com base no resumo do trabalho dos últimos anos, fornecemos uma visão geral do mecanismo de reação e ideias de design de catalisadores para fornecer orientação teórica para pesquisadores desenvolverem catalisadores com foco em NO_2/3 ⁻ geração e estabelecer as bases para futuros sistemas do ciclo do nitrogênio.

Com base no possível mecanismo de reação da reação eletrocatalítica de oxidação da amônia (AOR), este artigo apresenta as condições de reação, métodos de detecção, métodos de caracterização in situ e cálculos teóricos da AOR. Com base no resumo dos fatores que afetam os catalisadores AOR, este artigo propõe as estratégias de projeto e métodos de síntese de eletrocatalisadores nos últimos anos e dá uma visão sobre o desenvolvimento futuro do campo de amônia.

Primeiramente, as principais dificuldades do AOR são discutidas com base no princípio da reação e no caminho de adsorção dos intermediários da reação. Em seguida, os requisitos de teste do AOR e os importantes papéis da caracterização in-situ no estudo mecanístico do AOR são sistematicamente resumidos, e os importantes papéis da teoria do funcional da densidade (DFT) para o estudo das barreiras de energia de reação e do catalisador eletrônico-orbital distribuições no processo catalítico de AOR são discutidas.

Além disso, estratégias controláveis, como projeto de liga de catalisador, engenharia de interface, tratamento de amorfização e modulação mono ou diatômica, podem ajudar a inibir as reações colaterais, bem como os danos aos eletrodos pelas substâncias corrosivas geradas durante o processo de eletrólise.

Finalmente, é apresentado o progresso da oxidação da amônia em aplicações foto, térmicas e biocatalíticas, e são sugeridos os desafios atuais e estratégias de solução para AOR, como a combinação de design avançado de materiais com cálculos teóricos, para ajudar a encontrar novos produtos de alta qualidade. eletrocatalisadores AOR de desempenho.

A melhoria do sistema catalítico e a otimização do reator irão acelerar a industrialização da preparação eletrocatalítica verde, eficiente e de baixa energia em larga escala de NO_2/3 ⁻ .

Em resumo, o progresso alcançado no campo da AOR é suficiente para confirmar a viabilidade da eletrooxidação da amônia para a preparação de NO_2/3 ⁻ para a produção industrial, o que traz novas oportunidades para a crescente demanda de NO_2/3 ⁻ fornecer.

Embora a AOR ainda enfrente os problemas de baixo desempenho e processos imaturos, com a combinação de pesquisas teóricas e experimentais e o desenvolvimento e utilização de tecnologia de caracterização in-situ, catalisadores AOR eficientes e estáveis ​​aparecerão no futuro, e a energia livre de carbono um sistema de rede de recuperação centrado em AOR será estabelecido rapidamente.

Mais informações: Yunrui Tian et al, Eletrocatalisadores à base de metal para reação de eletrooxidação de amônia em nitrato/nitrito:passado, presente e futuro, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64576-0
Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências