电催化新宠之常温常压氮还原(NRR),最全NRR介绍,你想要的都在这!

发布网友发布时间：2024-05-01 20:50

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热心网友时间：2024-12-01 13:00

探索电催化新领域：常温常压氮还原的全面解读

氨，化工领域的重要基石，传统哈伯法的生产过程能耗高且环境污染严重。然而，近年来，低温常压下的电化学氮还原反应（NRR）因其环保且高效的特点，备受瞩目。自2000年以来，NRR的相关研究文献引用量激增，这标志着科技界对绿色合成氨途径的持续探索。NRR反应机制主要分为解离和非解离两个阶段，通过电化学系统巧妙地利用水、氮气和电能，实现氨的生成。

在电极制备上，科学家们采用多种策略。例如，V. Kordali在2000年的Chem. Commun中介绍了催化剂涂覆在玻碳电极上的方法，这种方法简单易行，但电极载量较低。B.C. Licht等人的研究（Science, 2014）则展示了碳布/纸电极，其载量和面积可灵活调整，但均匀性有待优化。膜电极，如R. Lan等人在Sci Rep中的研究（2013），虽能实现全反应测试，但制备过程较为复杂。每个电极类型都有其优缺点，选择哪种取决于具体实验需求。

电极测试系统通常采用三电极体系，以不同电解液和电解池进行氮还原反应。通过在氮气和氩气气氛下进行线性扫描伏安法（LSV）测试，可以评估NRR的活性。而计时电流曲线则是衡量催化剂稳定性的重要工具。同时，氨产量的测定至关重要，可通过离子色谱、分光光度法（如纳氏试剂法和靛酚蓝法）进行精确测量，确保实验结果的准确性。

在电催化NRR的前沿人物中，Stuart Licht（华盛顿大学）以其太阳能驱动氨合成的突破性工作闻名，崔宝臣等人共同研发了铁基催化剂（Science, 2014）。Douglas MacFarlane（莫纳什大学）在氨含量检测方面提出了严谨的理论，而Holger Braunschweig（维尔茨堡大学）在2018年的Science上证实了一价硼宾化合物在固氮过程中的角色。孙旭平课题组（电子科技大学）利用碳化硼和硫掺杂碳纳米球作为高效催化剂，取得了显著进展（Nature Communications）。

电催化NRR的研究正向着更高效、环保的方向发展，未来还有许多潜力等待挖掘。此外，含氮材料对氨生成的影响不容忽视，N2是唯一来源，确保源头的纯净至关重要。在计算氨产量和法拉第效率时，需要综合考虑相关参数和公式。

在这个领域，许多科学家如Mukherjee、Yu、Braunschweig等人的贡献不可或缺。如果你对这个领域感兴趣，不妨关注这些研究者以及他们发表在《Adv Sci》、《Energy & Environmental Science》等顶级期刊上的工作。

电催化NRR的未来充满无限可能，它的研究不仅推动了化学工业的绿色转型，也为可持续发展描绘了新的蓝图。继续关注这个前沿领域，你将发现更多令人振奋的创新成果。

参考文献：
[1] V. Kordali, Chem. Commun, 2000.
[2] Stuart Licht et al., Science, 2014.
[3] R. Lan et al., Sci Rep, 2013.
[4] S. Chen et al., Angew Chem Int Ed Engl, 2017.

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