铋基材料用于电催化还原氮气制氨文献综述

 2021-10-24 15:25:36

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文 献 综 述1. 背景1.1氮还原氨气作为世界上第二重要的化学工业产品,被广泛应用于制药、合成纤维、化肥生产以及能源中间存储转化等方面。

[1-3]作为储氢介质时,氨因其按质量计算含有17.6%的氢,且在室温下只需要9-10bar的压力即能保持液态,所以它可以储存在低压容器中,与其他能量载体相比更具有优势。

[4,5]然而,由于氮气是化学惰性的,即便它在空气中的含量十分丰富,长久以来人类都只能依靠微生物的生物固氮作用来获得氮。

直到20世纪初期德国的弗里茨哈伯(Fritz Haber)和卡尔博施(Carl Bosch)开发出第一个可以将空气中的氮气转化为氨气(N2 3H2 2NH3)的工业过程。

Haber-Bosch工艺需要在高温(400-500℃)和高压(200-300 atm)的条件下进行,这意味着全球每年约有1%-2%的化石能源产出消耗在该工艺上,并每年排放超过300吨的二氧化碳。

[6,7]因此,研究氨合成的替代方法,实现常温常压下的氮还原是十分有意义的。

1.2电化学技术与氮还原探究电能、光能和风能等可再生能源作为替代性能源实现技术环保一直是热门的话题,电化学技术被认为是未来全球无碳绿色能源系统的重要组成部分。

燃料电池可以直接将化学能转化为电能,通过电化学过程达到100%的能源利用效率;相比之下即便是目前最先进的内燃机,它的效率依然受制于卡诺循环的理论上限。

电化学反应过程有许多可供探讨的地方,但最重要的无疑是所用的催化剂。

近二十年来,随着电催化剂的发展,人们越来越关注诸如氢氧化反应(HOR)、析氢反应(HER)、氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)、二氧化碳还原反应(CO2RR)等重要的能量相关电化学反应。

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