作者:张兵等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2019/8/15 10:24:22
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空气→硝酸→氨:人工固氮的绿色新途径

 

人类化工史上,人工固氮可谓百年难题。农业氮肥为人类文明做出不可磨灭的贡献,但传统的固氮途径是一个高耗能(高温高压条件)、高排放(产生N2O等温室气体)过程,带来巨大的环境威胁。因此,开发新型环保的合成路线很有必要。

最近,天津大学张兵研究团队在此领域取得重要进展。基于电化学方法,研究者将先还原再氧化的“氮气→氨→硝酸”途径改变为先氧化再还原的“空气→硝酸→氨”途径。其具体策略为:

(1)空气氧化合成硝酸。以空气中的氮气为氮源,选用铂片作为电催化材料,在+2.19 V(相对标准氢电极,下同)电压下将氮气(N2)氧化为硝酸(HNO3),其法拉第效率为1.23%。

(2)硝酸根还原氢化合成氨。以硝酸根(NO3-)和水(H2O)为原料,选用四氧化三钴纳米棒阵列为电催化材料,在-0.65 V电压下合成氨(NH3),其选择性可达33.6%,3小时测试产率为0.854 mmol h-1 cm-2

值得指出的是,策略(2)中所用的硝酸盐原料,可以来自硝酸根废水,也可以来自策略(1)中的产物硝酸。而且,这两种策略所需的电能均可通过风能、太阳能等清洁途径获得。如果这些策略获得工业应用,将可以在原料、能源等多个方面实现绿色化生产。

相关成果以“Electrochemical Synthesis of Nitric Acid from Air and Ammonia through Waste Utilization”为题发表于《国家科学评论》(National Science Review,NSR)。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwz019

 
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