Nieuwe elektrokatalysatoren ontwikkeld voor groene productie van ammoniak

<

div>

Wetenschappers hebben het gebruik aangetoond van controleerbaar gesynthetiseerde single-<span class= »glossaryLink » aria-describedby= »tt » data-cmtooltip= »

atoom

Een atoom is het kleinste bestanddeel van een element. Het bestaat uit protonen en neutronen in de kern en elektronen die om de kern cirkelen.

” data-gt-translate-attributen=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>atoomkatalysatoren (SAC’s) om de relatie weer te geven tussen de prestaties van de elektrokatalytische stikstofreductiereactie (NRR) en het laden van één atoom (SA).

Uitgevoerd door onderzoekers van de Hefei Institutes of Physical Science van de Chinese Academie van Wetenschappen, zal de studie vandaag (14 november) worden gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Duurzaamheid.


Elektrosynthese van ammoniak uit NRR bij omgevingsomstandigheden wordt algemeen beschouwd als een « groene ammoniaksynthese » -technologie ter vervanging van het traditionele energie- en kapitaalintensieve Haber-Bosch-proces.

Wetenschappers zijn het erover eens dat de intrigerende kenmerken van SAC’s een nieuw katalytisch paradigma kunnen creëren. Een van de belangrijkste uitdagingen die het rationele ontwerp en de ontwikkeling van SAC’s in de weg staan, is echter het gebrek aan inzicht in de relatie tussen prestaties en SA-belasting, voornamelijk vanwege het onvermogen om de synthese van SAC’s nauwkeurig te regelen met de gewenste SA-belastingsdichtheden en actieve locatiecoördinatie. formulieren.

In deze studie demonstreerden de onderzoekers een adsorptie-gereguleerde synthetische methode die bacteriële cellulose gebruikt als adsorptieregulator om Fe te beheersen³⁺/Co²⁺ impregnatie op bacteriële cellulose door carbothermische reductie. Fe-Co SA’s werden vervolgens via bimetaal gefixeerd op van bacteriële cellulose afgeleide koolstof [(O–C₂)₃Fe–Co(O–C₂)₃] coördinatie.
Belangrijk is dat de wetenschappers een reeks relaties onthulden die Fe kwantitatief definiëren³⁺/Co²⁺ verdeling tussen bacteriële cellulose en de adsorptieoplossing, en het percentage omzetting van geïmpregneerd Fe³⁺/Co²⁺ op bacteriële cellulose tot Fe/Co SA’s op van bacteriële cellulose afgeleide koolstof. Vervolgens demonstreerden ze het gebruik van dergelijke kwantitatieve relaties om de controleerbare synthese van bimetallische Fe-Co SAC’s met gewenste Fe / Co-inhoud en atomaire verhoudingen te begeleiden.

Ze toonden aan dat controleerbaar gesynthetiseerde SAC’s de elektrokatalytische relatie tussen NRR-prestaties en SA-belasting kunnen weergeven. Elektrokatalysatoren met één atoom (SAEC’s) met een atomaire verhouding van Fe/Co van één atoom hebben de hoogste plaatsdichtheid en NRR-prestaties voor bimetallische Fe-Co SA’s, waardoor ze in staat zijn een uitstekende ammoniakopbrengst te bereiken met uitzonderlijke faradaïsche efficiëntie.

De katalytische activiteit van SAC’s wordt, in tegenstelling tot andere soorten katalysatoren, bepaald door de aard van de SA, de fysisch-chemische eigenschappen van de drager en, belangrijker nog, de coördinatiebindingen die de SA aan de drager verankeren.


Onder elektrokatalytische NRR-omstandigheden, [(O–C₂)₃Fe–Co(O–C₂)₃] in de as-gesynthetiseerde bimetallische Fe-Co SAEC’s wordt operando getransformeerd in de stabielere coördinatieconfiguratie [(O–C₂)₃Fe–Co(O–C)C₂]waardoor de NRR-prestaties worden bevorderd en behouden.

De onderzoekers suggereren dat deze nieuwe bevindingen van groot belang zullen zijn voor de brede katalysegemeenschap.

Referentie: « Atomair gedispergeerde bimetaal Fe-Co elektrokatalysatoren voor groene productie van ammoniak » 14 november 2022, Natuur Duurzaamheid.
DOI: 10.1038/s41893-022-00993-7