Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Ji Liang de la Universidad de Tianjin, China, presentó sistemáticamente los avances de la investigación sobre la preparación de nitrato/nitrito mediante la reacción de electrooxidación de amoníaco y propuso diferentes estrategias para mejorar el rendimiento electrocatalítico de los catalizadores mediante la modulación de su composición y estructura para inhibir las reacciones secundarias y la corrosión de los electrodos en el proceso electrocatalítico, y finalmente propone las oportunidades y desafíos que enfrenta la electrocatálisis de amoníaco, así como su tendencia de desarrollo.
Los resultados fueron publicados en el Chinese Journal of Catalysis. .
Nitrito y nitrato (NO2/3 - ) son sustancias importantes en la industria, la agricultura y la ingeniería alimentaria. El proceso actual de fabricación NO2/3 - por Ostwald la oxidación suele ir acompañada de un importante consumo de energía y emisiones de gases de efecto invernadero.
La oxidación electrocatalítica de amoníaco es un proceso de baja temperatura, de bajas emisiones y energéticamente eficiente, que permite la producción continua de NO2/3 - , evitando la formación de N2 nocivo O, y puede funcionar completamente con electricidad renovable. La mayoría de los estudios actuales sobre la reacción de oxidación del amoníaco se han centrado en la producción de hidrógeno a partir del craqueo de amoníaco y de las pilas de combustible directas de amoníaco, mientras que el estudio de la relevancia de la conversión de amoníaco a NO2/3 - ha recibido poca atención.
Por lo tanto, basándonos en resumir el trabajo de los últimos años, proporcionamos una descripción general del mecanismo de reacción e ideas de diseño de catalizadores para proporcionar orientación teórica a los investigadores para desarrollar catalizadores centrados en NO2/3. - generación y sentar las bases para futuros sistemas del ciclo del nitrógeno.
Basado en el posible mecanismo de reacción de oxidación electrocatalítica de amoníaco (AOR), este artículo presenta las condiciones de reacción, los métodos de detección, los métodos de caracterización in situ y los cálculos teóricos de AOR. Basado en el resumen de los factores que afectan a los catalizadores AOR, este artículo propone las estrategias de diseño y métodos de síntesis de electrocatalizadores en los últimos años y ofrece una perspectiva sobre el desarrollo futuro del campo del amoníaco.
En primer lugar, se analizan las dificultades clave de la AOR en función del principio de reacción y la ruta de adsorción de los intermedios de reacción. Luego, se resumen sistemáticamente los requisitos de prueba de AOR y las funciones importantes de la caracterización in situ en el estudio mecanicista de AOR, y las funciones importantes de la teoría funcional de densidad (DFT) para el estudio de las barreras de energía de reacción y los orbitales de electrones del catalizador. Se discuten las distribuciones en el proceso catalítico de AOR.
Además, estrategias controlables como el diseño de aleaciones catalizadoras, ingeniería de interfaces, tratamiento de amorfización y modulación mono o diatómica pueden ayudar a inhibir las reacciones secundarias, así como el daño a los electrodos por las sustancias corrosivas generadas durante el proceso de electrólisis. P>
Finalmente, se presenta el progreso de la oxidación de amoníaco en aplicaciones foto, termo y biocatalíticas, y se sugieren los desafíos actuales y las estrategias de solución para AOR, como la combinación de diseño avanzado de materiales con cálculos teóricos, para ayudar a encontrar nuevas soluciones de alta calidad. Electrocatalizadores AOR de alto rendimiento.
La mejora del sistema catalítico y la optimización del reactor acelerarán la industrialización de la preparación electrocatalítica de NO2/3 a gran escala, ecológica, eficiente y de bajo consumo energético. - .
En resumen, los avances realizados en el campo del AOR son suficientes para confirmar la viabilidad de la electrooxidación de amoniaco para la preparación de NO2/3 - para la producción industrial, lo que trae nuevas oportunidades para la creciente demanda de NO2/3 - suministro.
Aunque AOR todavía enfrenta los problemas de bajo rendimiento y proceso inmaduro, con la combinación de investigación teórica y experimental y el desarrollo y utilización de tecnología de caracterización in situ, en el futuro aparecerán catalizadores AOR eficientes y estables, y la energía libre de carbono. El sistema de red de recuperación centrado en AOR se establecerá rápidamente.
Más información: Yunrui Tian et al, Electrocatalizadores a base de metales para la reacción de electrooxidación de amoníaco a nitrato/nitrito:pasado, presente y futuro, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64576-0
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
