大連化物所開發鐵摻雜氧化鎢納米反應器 助電催化高效固氮

近日,中國科學院大連化學物理研究所微納米反應器與反應工程學研究組研究員劉健團隊與澳大利亞伍倫貢大學超導和電子材料研究所梁驥團隊合作,通過缺陷工程鐵摻雜的策略,開發了鐵摻雜氧化鎢(W18O49)納米反應器,在低電位下同時實現了較高的NH3產率和較高的法拉第效率,為電催化高效固氮提供了新思路。

鐵摻雜氧化鎢納米棒電催化氮氣還原制氨

氨是重要的無機化工產品之一,為製造尿素、化肥等提供了原材料。傳統合成氨利用哈伯-博世法方法,該方法能耗高、污染大,且需要高溫高壓的條件。電催化合成氨在室溫常壓下即可進行,具有高能效、低排放等優點,因此吸引了越來越多研究者們的興趣。

氨是重要的無機化工產品之一,為製造尿素、化肥等提供了原材料。與傳統的哈伯-博世法固氮相比,室溫下的電催化氮氣還原過程具有高能效、低排放等優點,吸引了越來越多研究者們的興趣。通常,競爭析氫反應(HER)和室溫電化學氮還原反應(NRR)的能壘使得難以同時實現高的法拉第效率和高的NH3產率。在某種程度上,這是由於有限的氮吸附位置、緩慢的NRR動力學和在高過電位下占主導地位的HER導致的。此外,在更節能的電催化NRR的低過電位下達到這個目標甚至更具挑戰性。

研究團隊選用對HER具有極低選擇性的氧化鎢作為調控對象,通過納米反應器缺陷工程鐵摻雜的策略很好地控制了氧化鎢中的氧空位狀態。結合Ab initio計算發現,利用氧化鎢固有的低氫氣結合能,通過缺陷工程調控,得到最大化的活性位點(W)的暴露,極大地削弱了與固氮競爭的HER,並降低了室溫下電化學氮還原反應的能壘。因此,在相對可逆氫電極-0.15 V的極低電位下,優化鐵摻量的氧化鎢同時獲得了較高的NH3產率(24.7 μg/(h*mgcat.)和較高的法拉第效率(20.0%)。Ab initio計算進一步證實了研究團隊提出的鐵摻雜策略和調整後的氧空位狀態能夠共同優化氧化鎢的電子狀態和表面結構,從而提高氮氣的吸附強度,進而獲得低電位的反應路徑。該工作為各類電化學反應過程催化劑的設計與調控提供了新思路。

上述工作於近日發表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.)雜誌上。該工作得到國家自然科學基金、中科院潔淨能源創新研究院合作基金專案等的資助。

 

 

微信公众号

 

鎢鉬視頻

2024年1月份贛州鎢協預測均價與下半月各大型鎢企長單報價。

 

鎢鉬音頻

龍年首周鎢價開門紅。

金屬鎢製品

金屬鎢製品圖片

高比重鎢合金

高比重鎢合金圖片

硬質合金

硬質合金圖片

鎢粉/碳化鎢粉

鎢粉圖片

鎢銅合金

鎢銅合金圖片

鎢化學品/氧化鎢

氧化鎢圖片