Ammoniak (NH3) produceres traditionelt gennem den energikrævende Haber-Bosch-proces, der konverterer nitrogen (N2) og brint (h2) til NH3 Ved høje temperaturer (400–500 ℃) og tryk (10–30 MPa). Denne proces forbruger 1% –2% af den globale energi og bidrager med ca. 1% af Global Co2 emissioner.
Elektrokatalytisk nitratreduktionsreaktion (NO3–RR) er en vedvarende energidrevet proces, der bruger nitrat (NO3–) fra spildevand som n2 kilde og vand som h2 kilde. Denne rute med lav kulstof giver en bæredygtig løsning til NH3 Syntese under milde forhold. Imidlertid er dens praktiske anvendelse begrænset af utilfredsstillende elektrokatalytisk aktivitet og dårlig langvarig stabilitet.
Et forskerteam ledet af prof. Gao Dunfeng, professor Wang Guoxiong og prof. Bao Xinhe fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) ved at introducere en amorf/krystallin dobbeltfase CU Skumelektrode med høj ydeevne opnåede højhastighed og stabil NH3 Elektrosyntese fra nr3–. Undersøgelsen blev offentliggjort i Naturkommunikation.
Forskere fremstillede elektroden ved termisk annealing kommerciel Cu-skum i luft og skabte en unik dobbeltfasestruktur. Med en alkalisk membranelektrodemonteringselektrolyser opnåede de en NH3 Delvis strømtæthed på 3,33 A/cm2 og en NH3 dannelseshastighed på 15,5 mmol/h/cm2 ved en cellespænding på kun 2,6 V. elektroden opretholdt stabil NH3 Produktion med en faradaisk effektivitet på omkring 90% ved en anvendt strømtæthed på 1,5 A/cm2 over 300 timer.
Endvidere identificerede forskere, at de stabile amorfe Cu -domæner, der er til stede under reaktionen, er nøglen til den fremragende katalytiske ydeevne. Denne integrerede Cu -skumelektrode klarer sig bedre end konventionelle effektelektroder, og forberedelsesprotokollerne er let og lette at skalere op. I en opskaleringsdemonstration ved hjælp af en 100 cm2 Elektrode, en NH3 dannelseshastighed på op til 11,9 g/t ved en påført strøm på 160 A blev opnået.
“Vores arbejde understreger også vigtigheden af at stabilisere metastabile amorfe strukturer til forbedring af elektrokatalytisk reaktivitet og langvarig stabilitet,” sagde professor Wang.