Applied Catalysis B: Environmental: 利用滑动电弧等离子体结合单原子电催化从空气中直接合成氨

雨辰

2021-08-29

工业氨合成给全球农业和工业带来了革命性的变化，但它消耗大量的能源并释放大量的二氧化碳。一种替代方法是电催化氮还原，但通常存在氨产率低和选择性差的问题。

有鉴于此，浙江大学李晓东教授、严建华教授和中国科学院大连化学物理研究所王爱勤研究员等人，提出了一种串联的“等离子体电催化”策略来从空气中获取氨。

本文要点

1）展示了一种串联等离子体电催化工艺，将低温等离子体（NTP）与传统电催化相结合，用于直接从空气中高效生产 NH₃。采用热等离子体（滑动弧）将空气转化为 NOx，然后将 NOx 电催化还原为 NH₃。

2）在 -0.33 V vs. RHE 下稳定运行 50 多个小时期间，实现了法拉第效率几乎为 100% 的氨产率（~1.43 mg_NH3 cm^-2 h^-1）。在 -0.63 V vs. RHE 时氨产率高达 ~ 3.0 mg_NH3 cm^-2 h^-1，法拉第效率为 ~ 62%。

3）这一显著的性能是通过非热等离子体分离活化稳定的氮分子，然后通过钴单原子电催化剂选择性合成氨来实现的。根据技术经济分析，这种策略可以与 Haber-Bosch 工艺和分布式小规模氨生产中的电化学氮还原相媲美。

参考文献：

Angjian Wu et al. Direct ammonia synthesis from the air via gliding arc plasma integrated with single atom electrocatalysis. Applied Catalysis B: Environmental, 2021.

DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120667

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120667