化学化工学院于锋教授等在工程领域TOP期刊《Journal of Hazardous Materials》发表最新研究成果
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2024-11-02 13:04
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近日，石河子大学于锋教授等在电催化合成氨领域取得最新研究成果，开发了一种CuNi0.75-MOF/NF电极材料，该材料作为NO3RR高效催化剂在-1.0 V（vs. RHE）的条件下，获得了出色的FE（95.88%）以及氨产率（51.78 mgh-1cm-2）。相关工作以“Copper–nickel–MOF/nickel
foam catalysts grown in situ for efficient electrochemical nitrate reduction to
ammonia（doi:10.1016/j.jhazmat.2024.136036）”为题，在《Journal of Hazardous Materials》（中科院1区TOP，影响因子12.2）发表。论文的第一作者为化学化工学院研究生杨晨霞、唐赢和杨茜，通讯作者是王刚、王宗元和于锋。
氨（NH₃）在农业、纺织工业、塑料及制药工业中发挥着关键作用。同时，因其具有高能量密度（4.3 kWh/kg⁻¹）以及清洁排放的特性，氨在作为下一代能源载体方面也展现出巨大潜力。传统的Haber-Bosch工艺合成氨每年消耗约消耗全球2%的能源，二氧化碳排放量超过3亿吨。因此，探索绿色且可持续的合成氨方法，对于实现全球环境的可持续发展至关重要。近年来，于锋教授研究团队一直致力于探索绿色低碳的合成氨路径，包括N2还原合成氨、NO加氢催化合成氨、NO3-电催化还原合成氨等。其中，电催化NO₃⁻还原（NO₃RR）被视作一种温和、可持续的绿色合成氨技术，同时为恢复全球“氮循环”的不平衡提供了解决途径。该论文通过¹⁵N同位素标记实验证明NH₃来源于NO₃⁻还原，并采用¹H 核磁共振（NMR）法和比色法对 NH₃的产率进行了定量分析。利用原位傅里叶变换红外光谱（FTIR）和原位电化学质谱（DEMS）推导出了 NO₃RR反应途径，证明了CuNi₀.₇₅-BTC/NF催化剂中的 Ni 和 Cu 位点之间的协同催化作用可有效促进*NOH 中间体的形成，加快电催化NO₃RR过程中的表面氢化速率。该工作为双金属电极材料作为合成氨催化剂应用于NO₃RR领域提供了一条新的思路。![]()
图1 （a）LSV曲线。（b）不同催化剂下氨的产率和法拉第效率。CuNi0.75-MOF/NF在不同电位下的（c）氨的产率和法拉第效率（d）电流密度。CuNi0.75-MOF/NF和Cu-MOF/NF在不同电位下（e）氨的产率，（f）法拉第效率比较。（g）CuNi0.75-MOF/NF在不同硝酸根浓度下氨的产率和法拉第效率。（h）不同催化剂的电化学性能对比图。
来源：化学化工学院
编辑：陈永鑫
编审：李庆轩 白 雪
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