作者:罗民等 来源: 《应用材料与界面》 发布时间:2019/9/4 17:19:02
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科学家研制出高效室温固氮电催化剂

宁夏大学罗民教授课题组首次通过两步法(碳化和氧化热处理工艺)调控制备基于金属有机框架的纳米复合电催化剂材料,获得了具有新颖核壳结构的Co3O4@NC用于常温电化学固氮(NRR)的高效电催化剂。研究成果发表在美国ACS学术期刊 《应用材料与界面》(ACS applied materials & interface)。论文题目:“MOF-derived Co3O4@NC with core-shell structures for N2 electrochemical reduction under ambient conditions”.

氨作为一种常见的化工原料被广泛用于工、农业生产和能源储存转化等领域。目前,全球氨产量约为1.5亿吨/年,主要依赖于Haber-Bosch反应来实现,但该技术不仅耗能巨大,且排放大量的温室气体CO2。因此,在能源危机和环境问题日益凸显的全球背景下,寻找一种绿色环保、低能耗的合成氨方法具有重要意义。近年来,电化学固氮(还原氮气生成氨反应,NRR)逐渐成为了一种研究广泛的合成氨新路径。该研究工作是电催化固氮领域研究的重要进展,不仅开发了一种新型、高效的电催化剂,也为在电催化固氮领域探索更多廉价、绿色的非贵金属催化剂材料提供了一条可行的研究思路与实验依据。

该新型复合催化剂在0.05 M H2SO4电解液中,氨产率和法拉第效率高达42.58 μg/h/mg和8.49%,优于目前已有报道的绝大多数NRR电催化剂。实验表明,其优越的合成氨性能源于Co3O4中高浓度的氧空位和氮掺杂多孔炭的协同作用,此外,由于氮气被约束在“壳”内更有利于进行高频碰撞并增加NRR中间产物的浓度,提高控制步骤的反应速率,能够进一步提高电催化性能。

宁夏大学省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室(化学化工学院)2017级应用化学专业硕士生骆诗剑同学为论文第一作者,罗民教授和李晓曼讲师为本文的通讯作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金(Nos. 21561026, 21802078, 21361020)、“化学工程与技术”一流学科“储能与光电催化材料”科研创新团队项目(Grant No. NXY-LXK2017A04)的资助。

相关论文信息:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b07100

 
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