Ilustración esquemática para promover la electrorreducción de óxido nítrico a amoníaco mediante dopaje con Ru. Crédito:Science China Press
Como sustancia química importante que contiene nitrógeno, el amoniaco juega un papel vital en la producción de fertilizantes, explosivos y química fina. En el presente, El amoníaco se ha fabricado principalmente a partir de H 2 y N 2 bajo alta temperatura (300-500 o C) y alta presión (200-300 atm). Este proceso consume grandes cantidades de energía y descarga grandes cantidades de gases de efecto invernadero. Por lo tanto, La síntesis electroquímica de amoníaco (EAS) ha atraído una atención intensiva.
Ahora, EAS se centra principalmente en la reducción electroquímica de N 2 . Sin embargo, la inercia inherente de N 2 limita severamente la eficiencia faradaica y la tasa de rendimiento de amoníaco. Simultaneamente, El óxido nítrico (NO) masivo se descarga y causa serios problemas ambientales. Las actuales tecnologías de tratamiento comercial tienen como objetivo convertir el NO en N inofensivo para el medio ambiente 2 .
Desde el punto de vista de "convertir los residuos en riqueza", El desarrollo de estrategias EAS novedosas mediante la adopción de NO como fuente de nitrógeno es una oportunidad beneficiosa para todos. Pero, el desarrollo de esta tecnología se ve retrasado por la falta de electrocatalizadores eficientes. Es más, identificar intermediarios y revelar el mecanismo de reacción de la reacción de electrorreducción de NO (NOER) es fundamental para el diseño y la construcción de electrocatalizadores avanzados.
Recientemente, El profesor Bin Zhang y sus colegas de la Universidad de Tianjin construyeron una serie de materiales de Cu dopado con Ru a través de en el lugar electrorreducción de los correspondientes hidróxidos metálicos. El Ru optimizado 0,05 Cu 0,95 mostró un rendimiento electrocatalítico superior para la síntesis de amoníaco mediante el uso de NO / Ar (1/4, norte / norte ) como materia prima (eficiencia faradaica:64,9%, Tasa de rendimiento:17,68 µmol cm -2 h -1 ), obviamente superando a la contraparte de Cu (eficiencia faradaica:33.0%, Tasa de rendimiento:5,73 µmol cm -2 h -1 ). La vía de alternancia N de NOER sobre Ru 0,05 Cu 0,95 fue confirmado sobre la base de los intermedios detectados de electroquímica en el lugar Espectroscopía de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) y espectrometría de masas electroquímica diferencial en línea (DEMS).
Simulaciones experimentales y teóricas revelaron que la disminución D El centro de la banda de la superficie Cu causado por el dopaje con Ru redujo la energía de reacción del paso de hidrogenación limitante de la velocidad y la energía de desorción del NH 3 , inducir la mejora del rendimiento NOER. Este trabajo puede abrir una nueva vía para el diseño racional y la construcción de electrocatalizadores eficientes para NO a NH 3 conversión.
