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惰性氣體含量對合成氨有何影響

生活更新时间:2024-09-29 06:44:41

惰性氣體含量對合成氨有何影響（空氣硝酸氨）1

人類化工史上，人工固氮可謂百年難題。農業氮肥為人類文明做出不可磨滅的貢獻，但傳統的固氮途徑是一個高耗能（高溫高壓條件）、高排放（産生N2O等溫室氣體）過程，帶來巨大的環境威脅。因此，開發新型環保的合成路線很有必要。

最近，天津大學張兵研究團隊在此領域取得重要進展。基于電化學方法，研究者将先還原再氧化的“氮氣→氨→硝酸”途徑改變為先氧化再還原的“空氣→硝酸→氨”途徑。其具體策略為：

（1）空氣氧化合成硝酸。以空氣中的氮氣為氮源，選用鉑片作為電催化材料，在 2.19 V（相對标準氫電極，下同）電壓下将氮氣（N2）氧化為硝酸（HNO3），其法拉第效率為1.23%。

（2）硝酸根還原氫化合成氨。以硝酸根（NO3-）和水（H2O）為原料，選用四氧化三钴納米棒陣列為電催化材料，在-0.65 V電壓下合成氨（NH3），其選擇性可達33.6%，3小時測試産率為0.854 mmol h-1 cm-2。

值得指出的是，策略（2）中所用的硝酸鹽原料，可以來自硝酸根廢水，也可以來自策略（1）中的産物硝酸。而且，這兩種策略所需的電能均可通過風能、太陽能等清潔途徑獲得。如果這些策略獲得工業應用，将可以在原料、能源等多個方面實現綠色化生産。

相關成果以“Electrochemical Synthesis of Nitric Acid from Air and Ammonia through Waste Utilization”為題發表于《國家科學評論》（National Science Review，NSR）。

（來源：《國家科學評論》）

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