氨(NH3)对现代农业和工业至关重要,并且是潜在的能源载体。NH3传统上是通过Haber-Bosch工艺在高温高压下合成的。该过程的需要高能量的输入,这推动了在环境条件下通过氮(N2)-水反应合成电化学NH3的研究。然而,由于惰性N≡N键和N2的超低溶解度,这种低成本工艺的未来受到产率低和选择性差的影响。而直接从非N2来源获得NH3可以规避这些挑战。近日,华南理工大学Haihui Wang,美国阿贡国家实验室Jun Lu等报道了一种含有铜的晶体3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride催化剂(PTCDA),可将硝酸盐(NO3−)直接八电子电还原为NH3。
本文要点:
1)实验表明,该催化剂在-0.4 V(与可逆氢电极相比)的条件下,NH3生成率为436±85 μg h-1 cm-2,并且最大法拉第效率为85.9%。
2)进一步研究发现,该催化剂高的性能归因于其具有能够抑制HER和促进H–N结合的独特的Cu电子结构,以及有助于将质子和电子传导至活性Cu位的PTCDA结构。
Gao-Feng Chen, et al. Electrochemical reduction of nitrate to ammonia via direct eight-electron transfer using a copper–molecular solid catalyst. Nat. Energy, 2020
DOI: 10.1038/s41557-020-0654-1