氨是重要的工业原料和潜在的无碳能源载体。电催化硝酸根还原合成氨(NO_(3)RR)是一种新兴制氨工艺,具有可再生适配性强及条件温和等优势。此外,硝酸根离子作为常见污染物广泛存在于工农业废水中,NO_(3)RR既能制取高价值氨产品,又可净化...氨是重要的工业原料和潜在的无碳能源载体。电催化硝酸根还原合成氨(NO_(3)RR)是一种新兴制氨工艺,具有可再生适配性强及条件温和等优势。此外,硝酸根离子作为常见污染物广泛存在于工农业废水中,NO_(3)RR既能制取高价值氨产品,又可净化污水,达到“一石二鸟”的效果。通过熔炼甩带和化学脱合金的方法制备了纳米多孔Cu材料,随后通过电沉积的方法在其表面负载了CoO纳米颗粒,制备了纳米多孔Cu/CoO异质结构电催化剂。由于其独特的双连续纳米多孔结构以及Cu与CoO之间的协同作用,Cu/CoO异质结构电催化剂在碱性条件下具有优异的NO_(3)RR催化活性,在-0.5 V vs. RHE电位下氨产率及法拉第效率分别达到1.64 mmol·h^(-1)·cm^(-2)及99.59%,并具有良好的催化稳定性。展开更多
电催化CO_(2)还原是一种能够实现碳减排并合成高附加值多碳产物乙醇的绿色新兴技术,但目前仍存在乙醇合成效率低的问题.为此,设计了一种具有针尖形貌的泡沫铜-镍材料用于电催化CO_(2)还原.该材料利用镍组分优异的CO生成能力与铜组分促进...电催化CO_(2)还原是一种能够实现碳减排并合成高附加值多碳产物乙醇的绿色新兴技术,但目前仍存在乙醇合成效率低的问题.为此,设计了一种具有针尖形貌的泡沫铜-镍材料用于电催化CO_(2)还原.该材料利用镍组分优异的CO生成能力与铜组分促进C—C偶联的特性,通过串联协同作用有效促进了乙醇的合成.在-0.6 V vs.Ag/AgCl电位下,该材料合成乙醇的法拉第效率达65%;经疏水处理抑制析氢副反应后,乙醇法拉第效率进一步提高至73%.展开更多
[目的]为进一步拓展单原子催化剂在亚硝酸盐还原制氨领域的应用,提出了一种铁-氮-碳(Fe-N-C)单原子催化剂电催化亚硝酸盐还原制氨的新体系.[方法]以二氧化硅为硬模板,2,6-二氨基吡啶为碳氮前驱体,硝酸铁为金属盐,通过“热解-刻蚀”策略...[目的]为进一步拓展单原子催化剂在亚硝酸盐还原制氨领域的应用,提出了一种铁-氮-碳(Fe-N-C)单原子催化剂电催化亚硝酸盐还原制氨的新体系.[方法]以二氧化硅为硬模板,2,6-二氨基吡啶为碳氮前驱体,硝酸铁为金属盐,通过“热解-刻蚀”策略制备了Fe-N-C单原子催化剂,并将其应用于亚硝酸盐制氨反应.[结果]多种结构表征结果显示,Fe-N-C催化剂表面的Fe物种呈现高度分散特征并以单原子形式存在.此外,Fe物种的化学环境主要是+2和+3价混合态,且通过与4个吡啶氮配位而稳定存在,即Fe-N-C催化剂的金属中心微观配位环境为Fe-N4结构.与纯氮碳(N-C)载体相比,本研究制备的Fe-N-C催化剂具有优异的亚硝酸盐还原性能,不仅表现出更高的起始还原电位(0 V vs可逆氢电极),具有接近100%的产氨法拉第效率和高的氨产率[8.4 mg/(h·cm^(2))],并且在连续20次催化循环测试中显示出优异的催化稳定性.[结论]本研究制备的Fe-N-C单原子催化剂对亚硝酸盐还原制氨具有优异的电催化活性,其高活性可能来源于对NO_(2)^(-)的显著吸附,并进一步促进活性氢参与脱氧加氢过程.该Fe-N-C单原子催化亚硝酸盐还原体系可为后续合成氨的活性中心设计提供指导方向.展开更多
电化学硝酸根还原制氨(Nitrate reduction to ammonia, NRA)是以硝酸根和水分别作为氮和氢的来源,采用电化学的途径实现室温下氨的绿色合成兼去除水中硝酸盐污染物,对缓解能源危机和环境问题具有重要的研究意义。然而,硝酸根到氨是一个...电化学硝酸根还原制氨(Nitrate reduction to ammonia, NRA)是以硝酸根和水分别作为氮和氢的来源,采用电化学的途径实现室温下氨的绿色合成兼去除水中硝酸盐污染物,对缓解能源危机和环境问题具有重要的研究意义。然而,硝酸根到氨是一个复杂的8e-转移过程且伴随着激烈的析氢副反应,这严重制约了合成氨的选择性和法拉第效率。为此,采用水热合成法及后续的热处理设计制备了泡沫镍负载氧化铜纳米花催化剂并探究其电化学硝酸根还原制氨性能。通过调控硝酸铜与尿素比例、热解温度等合成条件,达到泡沫镍(Ni foam, NF)均匀负载CuO纳米花的目的。结果表明,当Cu(NO3)2、CO(NH2)2的物质的量比为1∶6时,所得到的目标催化剂(CuO-6@NF)在法拉第效率、NH3产率、选择性和硝酸盐转换率方面表现出最佳性能。在-0.23 V vs.RHE情况下,CuO-6@NF NH3的产率达到1.15 mmol·h-1·cm-2,选择性为89.36%,总氮的去除率高达96.71%。此外,该催化剂还表现出良好的再现性、高稳定性以及较宽泛浓度下的适用性。展开更多
文摘氨是重要的工业原料和潜在的无碳能源载体。电催化硝酸根还原合成氨(NO_(3)RR)是一种新兴制氨工艺,具有可再生适配性强及条件温和等优势。此外,硝酸根离子作为常见污染物广泛存在于工农业废水中,NO_(3)RR既能制取高价值氨产品,又可净化污水,达到“一石二鸟”的效果。通过熔炼甩带和化学脱合金的方法制备了纳米多孔Cu材料,随后通过电沉积的方法在其表面负载了CoO纳米颗粒,制备了纳米多孔Cu/CoO异质结构电催化剂。由于其独特的双连续纳米多孔结构以及Cu与CoO之间的协同作用,Cu/CoO异质结构电催化剂在碱性条件下具有优异的NO_(3)RR催化活性,在-0.5 V vs. RHE电位下氨产率及法拉第效率分别达到1.64 mmol·h^(-1)·cm^(-2)及99.59%,并具有良好的催化稳定性。
文摘电催化CO_(2)还原是一种能够实现碳减排并合成高附加值多碳产物乙醇的绿色新兴技术,但目前仍存在乙醇合成效率低的问题.为此,设计了一种具有针尖形貌的泡沫铜-镍材料用于电催化CO_(2)还原.该材料利用镍组分优异的CO生成能力与铜组分促进C—C偶联的特性,通过串联协同作用有效促进了乙醇的合成.在-0.6 V vs.Ag/AgCl电位下,该材料合成乙醇的法拉第效率达65%;经疏水处理抑制析氢副反应后,乙醇法拉第效率进一步提高至73%.
文摘[目的]为进一步拓展单原子催化剂在亚硝酸盐还原制氨领域的应用,提出了一种铁-氮-碳(Fe-N-C)单原子催化剂电催化亚硝酸盐还原制氨的新体系.[方法]以二氧化硅为硬模板,2,6-二氨基吡啶为碳氮前驱体,硝酸铁为金属盐,通过“热解-刻蚀”策略制备了Fe-N-C单原子催化剂,并将其应用于亚硝酸盐制氨反应.[结果]多种结构表征结果显示,Fe-N-C催化剂表面的Fe物种呈现高度分散特征并以单原子形式存在.此外,Fe物种的化学环境主要是+2和+3价混合态,且通过与4个吡啶氮配位而稳定存在,即Fe-N-C催化剂的金属中心微观配位环境为Fe-N4结构.与纯氮碳(N-C)载体相比,本研究制备的Fe-N-C催化剂具有优异的亚硝酸盐还原性能,不仅表现出更高的起始还原电位(0 V vs可逆氢电极),具有接近100%的产氨法拉第效率和高的氨产率[8.4 mg/(h·cm^(2))],并且在连续20次催化循环测试中显示出优异的催化稳定性.[结论]本研究制备的Fe-N-C单原子催化剂对亚硝酸盐还原制氨具有优异的电催化活性,其高活性可能来源于对NO_(2)^(-)的显著吸附,并进一步促进活性氢参与脱氧加氢过程.该Fe-N-C单原子催化亚硝酸盐还原体系可为后续合成氨的活性中心设计提供指导方向.
