氮气电化学合成氨催化剂研究进展

氮气是储量丰富且廉价易得的氮源,但无法被人类或动植物直接吸收利用,只有通过化学或生物方法将空气中游离的氮气转化为含氮化合物才能被人类应用于食品或其他工业生产中,因此氮气的固定及转化已经逐渐成为新的研究热点。而氨是一种非常重要的无机化工产品,其在农业、医药、储能等行业中有着重要的作用,且需求量随着社会日益发展和人口的不断增加而不断增加。首先简单介绍了现有的氮气固定合成氨方法及其作用机理,随后重点综述了氮气电化学合成氨催化剂的研究现状,最后对氮气电化学合成氨催化剂的未来发展趋势进行了展望。     

由水和氮气直接电化学合成氨电催化剂研究进展

综述了贵金属、非贵金属和无金属负载催化剂3种由水和氮气直接电化学合成氨催化剂的研究进展,催化剂在电催化氮还原合成氨的过程中占据举足轻重的地位。贵金属催化剂可以高效地催化合成氨,但是其含量少、成本高;非贵金属催化剂存在广泛但是活性不高,有待继续提升;无金属负载催化剂表现出优越的稳定性,但是由于炭基材料本身的化学惰性导致此催化剂的活性不高。在此基础上,对今后电化学合成氨催化剂的发展方向进行了展望。     

常温常压电化学合成氨催化剂研究进展

氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。目前,工业上普遍采用Haber-Bosch法合成氨,该工艺需要高温高压的反应条件,而且存在能耗高、转化率低且释放大量温室气体等问题。近年来,伴随着人们对能源和环境问题的日益重视,具有能耗低、反应条件温和、绿色环保等优势的常温常压电化学合成氨成为研究热点。催化剂是电化学合成氨的关键,本文介绍了近年来各类常温常压电化学合成氨催化剂的研究与应用进展,并展望了未来发展方向。     

二硫化钼基催化剂电化学合成氨研究进展

仿照固氮酶合成氨的钼催化中心,二硫化钼基催化剂在电催化合成氨领域引起了人们的广泛关注。概述近几年用于电催化合成氨的具有不同相（2H、1T和3R）以及不同硫空位的二硫化钼。针对二硫化钼导电性不足、氮气吸附能力差的缺点,总结了几种常用的二硫化钼的改性方法,综述了改性后二硫化钼的电催化合成氨性能,指出了改性后二硫化钼电催化合成氨的反应机理。     

常温常压下氮气还原合成氨催化剂的研究进展

介绍了N2还原合成NH3催化剂的2种催化反应机理:缔合途径和解离途径。综述了近年来电催化剂(贵金属、过渡金属和非金属)和光催化剂最新研究进展,最后对该新型领域催化剂的设计进行了展望。     

电化学合成氨研究进展

氨是世界上产量最大的化工产品之一,在全球经济中占有重要地位。传统的Haber-Bosch合成氨工艺需要在高温高压下进行,并且氢的平衡转化率低、能耗高、污染严重。电化学方法因可实现氨的常温常压合成而成为备受关注的研究领域。电化学合成氨的关键在于选择合适的电解质、制备电极及电催化剂,并将其有机组合在一起构建成高效稳定的电解池体系。综述了液体电解质、质子导体陶瓷膜电解质、熔盐电解质、陶瓷膜-熔盐复合电解质和有机质子交换膜电解质5类电解质体系的电化学合成氨的研究进展,介绍了相应的电化学合成氨原理,分析了技术发展现状和存在的问题,展望了未来研究的发展方向。     

电化学合成氨研究进展

氨是生产化肥的原料,在人类的生产和生活中发挥着重要作用。工业合成氨在高温高压的苛刻条件下进行,造成了严重的能耗和污染。考虑到人类社会的可持续发展,开发生态友好型和能源依赖性较低的方法作为合成氨替代工艺迫在眉睫。电化学合成氨打破传统合成氨的热力学限制,能够实现由水和氮气直接常压合成氨,具有广阔的发展前景。根据电化学合成氨的工作温度范围分类,从高中低温电化学合成氨三方面综述了电化学合成氨领域的研究进展及现有技术存在的挑战,以期对电化学合成氨催化剂设计提供有益的参考。     

电化学合成氨研究进展

氨是世界上产量最大的化工产品之一,在全球经济中占有重要地位。传统的Haber-Bosch合成氨工艺需要在高温高压下进行,并且氢的平衡转化率低、能耗高、污染严重。电化学方法因可实现氨的常温常压合成而成为备受关注的研究领域。电化学合成氨的关键在于选择合适的电解质、制备电极及电催化剂,并将其有机组合在一起构建成高效稳定的电解池体系。综述了液体电解质、质子导体陶瓷膜电解质、熔盐电解质、陶瓷膜-熔盐复合电解质和有机质子交换膜电解质5类电解质体系的电化学合成氨的研究进展,介绍了相应的电化学合成氨原理,分析了技术发展现状和存在的问题,展望了未来研究的发展方向。     

合成氨催化剂研究进展

合成氨作为化学工业中重要原料,对我国工业建设和经济生产具有非常大的促进作用,与之相关的合成氨催化剂的发展也占据化工发展的重要部分。因此对于合成氨及催化剂的研究发展从未中断。针对国内外合成氨催化剂各种技术的研究发展进行分析,选取一些新技术进行举例说明,对合成氨催化剂的发展趋势进行展望,旨在对合成氨催化剂的发展做出一定的总结。     

合成氨电催化剂研究进展

氨是一种重要的无机化工原料,氮气是自然界最为丰富的自然资源之一,用氮气通过化学反应合成氨,近百年来一直是化工行业的重要生产技术之一。与传统合成氨技术相比,电催化合成氨技术能够有效减少能耗、减少CO_2排放量,因而成为最有前景的化工合成技术之一。以氮气为原料,利用电催化技术合成氨既达到固氮又能实现生产国计民生必需化工原料目标,但受制于合成反应的动力不足之瓶颈。因此,寻找原料丰富、行之有效、价格低廉、制备技术可行的合成氨电催化剂,成为该研究热点。本文在介绍合成氨电催化技术基本原理的基础上,重点综述了近几年国内外在电催化合成氨催化剂领域的最新研究现状,并对其未来发展趋势进行了分析与展望。     

γ-Graphyne电催化氮气还原合成氨研究进展

由于工业上harbor-bosch生产中需要大量的化石燃料并排放出温室气体,一种绿色高效并反应条件温和的方法-电催化合成氨-引起了科研人员的关注。而目前在电催化还原合成氨的最重要的就是寻找高效稳定的催化剂。二维材料γ-graphyne由于其独特的结构和性能,迎来了研究人员在电催化合成氨的广泛关注与研究。主要集中于通过修饰原始的γ-graphyne获得更好的催化活性和选择性。由于目前实验上合成γ-graphyne纯度还不高,故本文主要从目前理论上所取的研究成果进行叙述γ-graphyne电催化氮气还原合成氨研究进展。     

电催化氮气还原合成氨催化材料研究进展

氨是纺织、制药、化肥等领域重要的化工原料,也是一种清洁的能源载体,需求量大。目前氨的工业生产主要为Haber-Bosch法,反应条件严苛,能源消耗大且碳排放较高。电催化氮气还原(NRR)合成氨是一种在常温常压下进行的反应,工作电位低,且电能可通过清洁能源提供,是一种很有潜力的合成氨新工艺。但目前电催化NRR材料的产氨速率和法拉第效率低、工作稳定性不够高、溶液中痕量氨的定量检测困难及检测标准不统一等都为其发展带来了巨大挑战。本文首先介绍了电催化NRR的反应机理和常用研究方法,然后重点梳理了2019年以来NRR催化材料的最新研究进展,最后对该领域研究面临的挑战和机遇进行了展望。     

d区过渡金属基催化剂用于电化学合成氨

d区过渡金属基（d-TMs）材料易于改性,且因其空的d轨道有利于吸附氮气（N₂）,分离的d电子可以供给N₂,被认为是理想的电化学合成氨（NRR）催化剂,在近年的深入研究中取得长足进展。本文综述了近几年改性d-TMs基材料应用于NRR的研究报道,简述了基于d-TMs基催化剂的NRR反应机理,并详细总结了表/界面工程、晶面调控与非晶化、缺陷工程、构建仿生位点等改性策略指导设计的d-TMs基NRR催化剂,重点分析了每种改性策略对NRR性能的影响。最后对该领域的发展前景进行了展望,从理论计算模型、催化剂改性、电化学体系、测试及表征手段、氨气（NH₃）检测手段等角度进一步提出了今后需要关注的问题,为改性d-TMs基高效NRR催化剂的设计提供了参考。     

电催化氮还原合成氨催化剂研究进展

综述了贵金属催化剂、非贵金属催化剂以及非金属催化剂在电催化氮还原反应(NRR)中的最新研究进展,并进一步对其未来发展方向进行了分析和展望。     

合成氨催化剂的生产技术研究进展

合成氨是重要的化工原料,在国民经济中占有重要地位。所以催化剂和合成氨工艺的改进对能耗降低、经济效益的提高有重要影响。合成氨催化剂主要包括传统熔铁催化剂和钌基合成氨催化剂,两者的研究进展和生产应用状况的说明能够有助于明确今后合成氨催化剂的发展方向。     

合成氨催化剂的研究进展及展望

简要介绍合成氨催化剂的研究状况,着重概述了近几年来铁基催化剂、铝土基催化剂、钌基催化剂的最新研究进展和新的合成氨催化技术。并从绿色化学和工业应用的角度出发,对合成氨催化剂的发展进行了展望。     

电催化氮还原合成氨电化学系统研究进展

氨是化肥、涂料等领域中重要的化工原料,是产量第二高的商用化学品。目前,90%以上的氨均来自Haber-Bosch法,该工艺需要高温、高压条件,能耗较高,且依赖化石燃料的使用,产生大量CO₂排放,在倡导节能环保的新时代下,该工艺面临严重的能耗及环保问题。电催化氮还原合成氨工艺是一种采用电能驱动的节能工艺,且原料为绿色环保的H₂O和N₂,其有望替代传统合成氨工艺。但是目前该工艺存在一些技术难点有待突破,使其产氨速率、法拉第效率等性能不高,距离商用化生产差距较大。分析总结了该工艺的技术难点,围绕该领域的优化策略,重点综述了针对合成氨电化学系统的改进措施,以及近几年文献报道的研究进展,最后对该领域的未来发展进行展望。     

光（电）催化氮气还原合成氨研究进展

光（电）催化氮气还原技术利用天然太阳能作为能源,具有成本低、反应条件温和等众多优势,可解决传统工业合成氨Haber-Bosch工艺的高能耗以及高CO₂排放等问题,被认为是目前最具前景的新兴合成氨技术之一。由于氮气为非极性分子,在水中溶解度极低,且本身呈现化学惰性,难以被活化,使得整体的氮气还原转化合成氨效率较低。同时,光生载流子的利用率也显著影响整体的催化效率。为此,光（电）催化氮气还原技术的关键在于催化剂的设计和催化反应体系的优化。本文在介绍光（电）催化氮气还原合成氨反应过程以及机理的基础上,主要从促进氮气溶解扩散、氮气吸附和活化以及强化载流子分离和传输等具体反应过程出发,重点综述近期国内外在光（电）催化氮气还原合成氨领域基于上述反应过程强化的最新研究现状。最后,指出了目前光（电）催化氮气还原合成氨研究领域面临的挑战,并对此领域的未来发展趋势进行了分析与展望。     

合成氨催化剂进展

介绍了近年来国内外制氨催化剂的技术进展，表列了近年国内新开发的各类催化剂型号、性能及使用条件。     

电催化氮还原合成氨MOF基催化剂研究进展

室温下电催化氮还原合成氨（nitrogen reduction reaction,NRR）因其较低的能耗而受到广泛关注。到目前为止,设计高效电催化剂以提高NRR性能是研究重点。其中,金属有机骨架（metal organic framework,MOF）及衍生材料因其独特的多孔结构和可控成分等优势促进了其在气体捕获、分离和催化中的应用。本文首先讨论NRR的反应机制,然后重点讨论MOF及衍生材料用作NRR电催化剂的研究进展,最后,对MOF基NRR电催化剂的设计策略、存在问题及NRR催化面临挑战进行了总结与展望。此外,文中指出：(1)自支撑MOF基电催化剂的合理设计对NRR性能有质的提升;(2)机器学习、DFT计算及原位测试技术的有效结合对NRR机理、催化剂的高效设计及筛选等具有重要指导意义。因此这些也将成为NRR催化未来研究趋势。