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《中國煤化工》
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北大在常溫常壓水相電催化合成氨領域獲得突破
作者: | 來源:國家煤化工網 | 時間:2019-03-11

    北京大學3月6日發布消息稱,該校張亞文/嚴純華課題組與合作者在常溫常壓水相電催化合成氨領域獲得突破。

    目前,工業上廣泛采用的Haber-Bosch方法通過高溫高壓等苛刻條件來促使高純氫氣和氮氣在鐵基催化劑表面進行反應生成氨,其能量和氫氣都來自于化石燃料(如甲烷等),表現出高能耗、高化石燃料消耗和高二氧化碳排放等缺點。尋找合適的綠色替代方案,在溫和條件下實現高效、低能耗、低排放合成氨,成為亟待解決的科學挑戰。

    電催化氮還原反應提供了一種可持續合成氨的新路徑。該反應在常溫常壓下即可進行,以大量易得的水與氮氣(空氣)作為反應原料,以可持續能源(太陽能,風能等)產生的電能作為能量來源,即可實現“零排放”合成氨。然而,電化學合成氨技術仍面臨重大挑戰,其發展嚴重受制于現有催化劑非常低下的選擇性與活性。

    北京大學化學與分子工程學院張亞文/嚴純華課題組與北京理工大學殷安翔課題組,上海同步輻射光源司銳課題組合作,開創性地利用非貴金屬催化劑(鉍納米催化劑)與堿金屬(鉀離子)助催化劑之間的協同作用,成功增強氮氣分子在催化劑表面的吸附與活化,同時抑制析氫副反應,從而突破已有極限,大幅提高電催化合成氨的選擇性與反應速率。該方法在常溫常壓(25攝氏度,1個大氣壓)下,從水和氮氣出發,即可實現高選擇性(電子利用率高于66%)和高速率產氨。該方法較目前已有報道有數量級上的提升,為電化學合成氨的實用化提供了可能。

    值得一提的是,該催化體系還具有廣泛適用性。堿金屬的促進作用不僅限于鉍催化劑,堿金屬的促進作用還適用于一系列常用催化劑(如Pt、Au等)。此外,該催化體系對具有重要能源與環境意義的二氧化碳電催化還原反應同樣具有顯著的提升作用。本研究為溫和條件下利用可持續能源高效合成氨提供了新的途徑。

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