1. 研究目的与意义
研究背景
氨是一种常见的工业化学品,也是广泛应用于农业、纺织工业、塑料和制药行业的清洁能源。目前我国对于氨的需求与日俱增,而合成氨的总量不断减少。面对这种窘境,我国迫切需要出现一种新型合成氨的方法。现在世界上对于合成氨的方法大多是哈伯-博世工艺。然而,因其反应要在高温高压下进行,且需要纯度较高的氢作反应物,这无疑是一种耗能巨大的生产方法。与此同时,由于人类的活动,大量的硝酸根被排放到自然界中,造成了全球性污染。被排放的硝酸根废水渗入了地表水和深层水之中,危害着人们的身体健康。在这些背景下,迫切需要出现一种低消耗,清洁的产氨方法。
电催化硝酸根还原和合成氨即可以取代哈伯-博世工艺大大减少能耗,又可以转化硝酸根,缓解环境压力,用再生能源提供一条高效实现NO3--N循环的道路。不管从环境保护还是能源节约的角度看,电催化硝酸根还原合成氨都是最合适的方法。然而,电催化硝酸根还原合成氨会受到复杂的八电子转移过程的影响,这涉及到各种副产物,如二氧化氮、一氧化氮、一氧化二氮、羟胺和氮气。此外,具有快速水解离动力学的析氢反应总是与电催化硝酸根还原合成氨竞争,导致氨生产的选择性和法拉第效率降低。催化剂在高效的电催化硝酸根还原合成氨中非常重要,然而,其法拉第效率和选择性仍然不能令人满意。
2. 研究内容和预期目标
本课题的研究内容包括以下几点:
1、通过电化学沉积的方法分别合成AgFe ,AgNi,AgCo.三种电催化剂
2、对所制备材料进行XRD,SEM,TEM等形貌,结构表征测试;
3. 研究的方法与步骤
研究内容
本实验研究银基合金在电催化硝酸根还原合成氨的应用,在研究中使用H型池进行测试,得出的溶液中会有三种产物,分别为硝酸根,亚硝酸根,氨根。这三种产物为衡量材料的产出率的标度。本课题主要研究以这三种产物与其他数据的关系。最终在确认关系后会选出性能最佳的材料,做稳定性测试。
研究步骤
4. 参考文献
[1] P.H. van Langevelde, I. Katsounaros, M.T.M. Koper, Electrocatalytic nitrate reduction for sustainable ammonia production, Joule 5 (2) (2021) 290–294.
[2] J.G. Chen, R.M. Crooks, L.C. Seefeldt, K.L. Bren, R.M. Bullock, M.Y. Darensbourg, P.L. Holland, B. Hoffman, M.J. Janik, A.K. Jones, M.G. Kanatzidis, P. King, K. M. Lancaster, S.V. Lymar, P. Pfromm, W.F. Schneider, R.R. Schrock, Beyond fossil fuel-driven nitrogen transformations, Science 360 (6391) (2018) eaar6611.
[3] T. Wu, W. Fan, Y. Zhang, F. Zhang, Electrochemical synthesis of ammonia: progress and challenges, Mater. Today. Phys. 16 (2021) 100310, https://doi.org/10.1016/j. mtphys.2020.100310.
5. 计划与进度安排
2024-2024-1学期17-20周~2024-2024-2学期1-15周
第17周~第20周,查阅资料,制定实验方案,完成开提报告。
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