Elektrochemischer Durchbruch verwandelt Nitratabfälle in Ammoniak
Kupfer-Palladium-Hydrid-Grenzflächen ermöglichen hocheffiziente elektrochemische Ammoniaksynthese
Anzeigen
Ammoniak (NH3) ist für die Landwirtschaft unverzichtbar und spielt eine wichtige Rolle in kohlenstofffreien Energiesystemen der nächsten Generation. Die erneuerbare NH3-Synthese ist eine Ergänzung oder Alternative zum traditionellen Haber-Bosch-Verfahren. Die elektrochemische Nitratreduktionsreaktion (NO3-RR) zu NH3 bietet einen vielversprechenden Weg für eine nachhaltige NH3-Produktion und eine effektive Stickstoffrückgewinnung. Allerdings behindern die langsame Reaktionskinetik und die konkurrierende Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) die Effizienz.
Kupfer-Palladium-Hydrid-Grenzflächen ermöglichen hocheffiziente elektrochemische Ammoniaksynthese
DICP
In einer in Nature Synthesis veröffentlichten Studie entwickelte ein Team unter der Leitung von Prof. BAO Xinhe vom Dalian Institute of Chemical Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften einen Kupfer-Palladium (CuPd)-Bimetallkatalysator, der unter NO3-RR-Bedingungen dynamisch reichlich Cu-PdHx-Grenzflächen mit hoher intrinsischer katalytischer Aktivität in situ bildet.
Unter NO3-RR-Betriebsbedingungen zeigte der CuPd-Bimetall-Katalysator eine hohe intrinsische katalytische Aktivität und erreichte eine NH3-Produktionsrate von 19,9 mmol h-1 cm-2 mit einer Stromdichte von 5 A cm-2 bei einer Vollzellenspannung von 2,56 V in einem Membran-Elektroden-Assembly (MEA) Elektrolyseur. Sie wies eine gute Haltbarkeit auf und behielt einen Faradaic-Wirkungsgrad von etwa 86,8 % bei 2 A cm-2 über 1.000 Stunden bei.
Die Forscher fanden heraus, dass die verbesserte Leistung auf die überlegene Eigenaktivität der Cu-PdHx-Grenzflächen zurückzuführen ist. Die durch den Überlauf an der Cu-PdHx-Grenzfläche induzierte Wasserstoffumverteilung veränderte die lokale elektronische Struktur der aktiven Stellen, wodurch die NO3-Adsorption optimiert, die NH3-Desorption gefördert und ein energetisch günstigerer Reaktionsweg für die NH3-Synthese geschaffen wurde.
Eine Demonstration im Maßstab 1:1 unter Verwendung eines Elektrolyseur-Stapels mit fünf 100 cm2 großen MEAs erreichte eine NH3-Produktionsrate von 8,7 mol h-1 bei 500 A und produzierte kontinuierlich 1,6 mol h-1 NH3 bei 100 A über 100 Stunden, was die industrielle Anwendbarkeit unterstreicht.
Diese Studie gibt neue Einblicke in die Struktur-Aktivitäts-Beziehung von CuPd-Bimetallstellen. Außerdem bietet sie eine wirksame Strategie zur Verbesserung der intrinsischen katalytischen Aktivität durch die In-situ-Konstruktion von vorteilhaften Grenzflächen, die eine effiziente Umwandlung von Nitratschadstoffen in wertvolles NH3 ermöglicht.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Verwandte Inhalte finden Sie in den Themenwelten
Themenwelt Synthese
Die chemische Synthese steht im Zentrum der modernen Chemie und ermöglicht die gezielte Herstellung von Molekülen mit spezifischen Eigenschaften. Durch das Zusammenführen von Ausgangsstoffen in definierten Reaktionsbedingungen können Chemiker eine breite Palette von Verbindungen erstellen, von einfachen Molekülen bis hin zu komplexen Wirkstoffen.
Themenwelt Synthese
Die chemische Synthese steht im Zentrum der modernen Chemie und ermöglicht die gezielte Herstellung von Molekülen mit spezifischen Eigenschaften. Durch das Zusammenführen von Ausgangsstoffen in definierten Reaktionsbedingungen können Chemiker eine breite Palette von Verbindungen erstellen, von einfachen Molekülen bis hin zu komplexen Wirkstoffen.