金属碳氮化物用于电催化还原氮气制氨文献综述

 2021-10-24 15:42:28

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文 献 综 述1.引言随着社会与科技的高速发展,能源和环境成为人们日益关注的焦点。

然而,由于能源结构的不合理和技术水平的限制,传统的化石燃料(石油、煤和天然气等)不仅能量利用率低,而且使用过程中会产生大量的二氧化碳、氮氧化合物、硫化物等废气以及粉尘等有害物质,由此引发的温室效应和环境污染等问题严重威胁着人类的生存环境。

人们迫切需要寻找和开发可持续发展的新能源,如:太阳能、生物质能、氢能、风能及核能等。

在众多的新能源中,氢能由于具有重量轻、能量高、无污染、应用广等优势,受到人们的青睐。

众所周知,氨气是世界上最重要的化学物质和无碳能源载体之一。

目前工业上的氨合成的方法主要为高温高压下的Haber-Bosch工艺合成氨法,其中NH3是由N2与H2在铁或钌基催化剂的催化下发生化学反应合成的,并且反应是放热的,可以通过高压和低温来促进[1]。

然而,这个反应的动力学是缓慢的,所以需要高温来加速这个反应。

然而,这样的高温总是导致NH3分解,因此根据勒夏特列原理,引入高压来减少分解[2-4]。

因此,传统合成氨工艺会造成大量能量消耗,并且导致严重的环境问题。

近年来,人们在电催化领域的取得了突破性进展,利用水进行电化学氮气还原反应(NRR, N2 3H2O→2NH3 3/2O2)被认为是一种很有前途的固氮反应,因为它在合理的条件(即环境温度及压力)下利用可再生电力将水和氮气转化为氨气[5,6]。

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