硝酸盐电还原反应去哪里
氨是生产氮基肥料、化学品、药品和聚合物的必要原料。迄今为止，全球约80%的氨用于生产氮肥，氮肥占全球粮食产量的50%。全球每年通过碳密集且高能耗的哈伯-博世工艺生产氨约 1.8 亿吨。哈伯-博世工艺的高能耗、高碳强度和高资本投资使得开发环境可持续且负担得起的常温合成氨路线变得更加紧迫。由可再生能源驱动的电化学氨合成为解决这一难题提供了一种有前景的方法。在环境条件下用于氨合成的电催化硝酸盐还原反应(NtrRR)具有解决环境问题并同时获得有用化学品的潜力。尽管人们已经做出了许多努力来开发一种高效催化剂来提高 NtrRR 中的氨法拉第效率和电流密度，但它仍然面临一些科学和实际挑战。这个视角旨在讨论这些挑战并提出相应的解决方案。
丹麦技术大学物理系的付贤彪博士最近发表了一篇文章，探讨了电化学硝酸盐还原合成氨的前景和挑战。傅博士强调了可持续硝酸盐供应的重要性，并提出了三种潜在的途径：利用工业废水、采用等离子体工艺和探索氮的电化学氧化。可持续且负担得起的硝酸盐生产被认为是电化学硝酸盐还原可行性的关键挑战。该研究强调了了解硝酸盐还原反应中物质平衡的重要性，尤其是电解质 pH 值随时间变化的情况。这个因素经常被忽视，可能会影响电化学系统的长期稳定性和性能。强调的一个显着挑战是硝酸盐的传质限制，这需要创新的解决方案来增强高电流密度下硝酸盐的传输。这个视角讨论了潜在的策略，例如微流体反应器、搅拌和高浓度硝酸盐电解质的使用。硝酸盐还原催化剂的稳定性被认为是一个至关重要的方面，特别是对于工业应用而言。虽然铜和钴等某些过渡金属表现出高活性和选择性，但其长期使用的稳定性仍然令人担忧。提出了合金化、封装和固定化等策略来提高催化剂稳定性。
总之，这一观点全面概述了电化学硝酸盐还原氨合成的机遇和挑战。傅的见解为未来的研究方向铺平了道路，强调需要可持续的硝酸盐供应路线，了解物种平衡，克服传质限制，并确保催化剂稳定性，以推动该领域向环境友好且经济可行的氨合成迈进。
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