_ Electrocatalizatori pe bază de metal pentru amoniac reacție de electro-oxidare la nitrat/nitriți: trecut, prezent și viitor

Recent, o echipă de cercetare condusă de prof. Ji Liang de la Universitatea Tianjin, China, a introdus sistematic progresul cercetării privind prepararea nitratului/nitritului prin reacția de electro-oxidare a amoniacului și a propus diferite strategii pentru a îmbunătăți performanța electrocatalitică a catalizatorilor prin modularea compoziției și structurii acestora pentru a inhiba reacțiile secundare și coroziunea electrozilor în procesul electrocatalitic și, în sfârșit, propune oportunitățile și provocările cu care se confruntă și electrocataliza amoniacului. ca tendință de dezvoltare.

Rezultatele au fost publicate în Chinese Journal of Catalysis.

Nitriții și nitrații (NO2/3−) sunt substanțe importante în industrie, agricultură și ingineria alimentară. Procesul actual de fabricare a NO2/3− prin oxidarea Ostwald este adesea însoțit de un consum semnificativ de energie și de emisii de gaze cu efect de seră.

Oxidarea electrocatalitică a amoniacului este un proces la temperatură joasă cu emisii reduse și eficient din punct de vedere energetic, care permite pentru producerea continuă de NO2/3−, evitând formarea de N2O dăunător și poate fi alimentat integral cu energie electrică regenerabilă. Cele mai multe dintre studiile actuale privind reacția de oxidare a amoniacului s-au concentrat pe producția de hidrogen din cracarea amoniacului și celulele de combustie directă cu amoniac, în timp ce studiul relevanței conversiei amoniacului în NO2/3− a primit puțină atenție.

Prin urmare, pe baza rezumării lucrărilor din ultimii ani, oferim o imagine de ansamblu asupra mecanismului de reacție și a ideilor de proiectare a catalizatorilor pentru a oferi îndrumări teoretice cercetătorilor pentru a dezvolta catalizatori care se concentrează pe generarea de NO2/3− și pentru a pune bazele viitoarelor sisteme ciclului azotului. .

Pe baza posibilului mecanism de reacție al reacției electrocatalitice de oxidare a amoniacului (AOR), această lucrare prezintă condițiile de reacție, metodele de detectare, metodele de caracterizare in situ și calculele teoretice ale AOR. Pe baza rezumatului factorilor care afectează catalizatorii AOR, această lucrare propune strategiile de proiectare și metodele de sinteză ale electrocatalizatorilor din ultimii ani și oferă o perspectivă asupra dezvoltării viitoare a câmpului de amoniac.

În primul rând, cheia dificultățile AOR sunt discutate pe baza principiului reacției și a căii de adsorbție a intermediarilor de reacție. Apoi, cerințele de testare ale AOR și rolurile importante ale caracterizării in situ în studiul mecanicist al AOR sunt rezumate sistematic, iar rolurile importante ale teoriei funcționale densității (DFT) pentru studiul barierelor energetice de reacție și orbitalul electron al catalizatorului. sunt discutate distribuțiile în procesul catalitic al AOR.

În plus, strategiile controlabile, cum ar fi proiectarea aliajelor de catalizator, ingineria interfeței, tratamentul de amorfizare și modularea mono- sau diatomică pot ajuta la inhibarea reacțiilor secundare, precum și la deteriorarea electrozilor de către substanțele corozive generate în timpul procesului de electroliză.

În final, este prezentat progresul oxidării amoniacului în aplicații foto-, termo- și biocatalitice, precum și provocările actuale și strategiile de soluție pentru AOR, cum ar fi combinația de proiectare avansată a materialelor cu calcule teoretice, sunt sugerate pentru a ajuta la găsirea de noi electrocatalizatori AOR de înaltă performanță.

Îmbunătățirea sistemului catalitic și optimizarea reactorului vor accelera industrializarea marilor -prepararea electrocatalitică la scară verde, eficientă și cu energie scăzută a NO2/3−.

În rezumat, progresele realizate în domeniul AOR sunt suficiente pentru a confirma fezabilitatea electrooxidării amoniacului pentru prepararea NO2 /3− pentru producția industrială, care aduce noi oportunități pentru cererea în creștere de aprovizionare cu NO2/3−.

Deși AOR încă se confruntă cu probleme de performanță scăzută și proces imatur, odată cu combinația dintre cercetarea teoretică și experimentală și dezvoltarea și utilizarea tehnologiei de caracterizare in situ, catalizatori AOR eficienți și stabili vor apărea în viitor , iar sistemul de rețea de recuperare a energiei fără carbon centrat pe AOR va fi instituit rapid.

(Fluierul)