尖晶石型氧化物用于電化學(xué)氧化氮?dú)釴OR直接合成硝酸鹽2020-10-1
（參考X-MOL報(bào)道）
硝酸鹽是一類重要的工業(yè)化學(xué)品，廣泛用作于農(nóng)業(yè)化肥原料和爆炸物氧化劑。目前工業(yè)合成方法是通過Ostwald法將氨經(jīng)過兩個(gè)步驟氧化成硝酸，而氨的合成則是通過Haber-Bosch法將氮?dú)膺€原得到。然而，這兩種方法都是傳統(tǒng)化工合成模式下的高能耗、高排放的集中式生產(chǎn)方法，而這并不符合目前節(jié)能減排的目標(biāo)。因此，開發(fā)出高效、低排放、清潔的合成方法是十分重要而且有意義的，而這正式電化學(xué)合成高附加值化合物的主要優(yōu)勢(shì)。
近些年電化學(xué)合成在固氮方面有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但主要集中在電化學(xué)氮?dú)膺€原制備氨NRR上，對(duì)于氮?dú)庋趸苽湎跛幔}）方面的研究則十分有限。理論上來說，電化學(xué)氧化氮?dú)庵苯又苽湎跛幔}）是完全可行的。在水系電解液中，氮?dú)庋趸磻?yīng)的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)是析氧OER反應(yīng)，它們的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)分別是+1.24 V和+1.23 V（相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極（SHE）），而根據(jù)能斯特方程，電極電勢(shì)隨著pH的變化斜率分別是71.0和59.2 mV/pH。因此，在強(qiáng)堿性電解液里，氮?dú)庋趸?/span>NOR反應(yīng)有可能在競(jìng)爭(zhēng)中占主導(dǎo)地位，從而使得高效地制備硝酸鹽成為可能。
新加坡南洋理工大學(xué)徐梽川課題組選取了一系列的尖晶石ZnFexCo2-xO4（x = 0, 0.4, 1, 1.4 & 2）作為催化劑，在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)催化氮?dú)庋趸?/span>NOR直接制備硝酸鹽。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在施加1.6 V（相對(duì)于可逆氫電極（RHE））電壓時(shí)，尖晶石ZnFe0.4Co1.6O4具有最高的的催化活性，硝酸鹽產(chǎn)率為130±12μmol h-1gMO-1。然而，由于硝酸產(chǎn)率越高的催化劑也具有越高的析氧OER催化活性，同時(shí)氮?dú)庋趸磻?yīng)又受到氮?dú)獾牡腿芙舛鹊南拗?，因此氮?dú)庋趸呋钚宰畹偷募饩?/span>ZnFe2O4展現(xiàn)了最高的法拉第效率。其在1.5 V（vs. RHE）時(shí)產(chǎn)硝酸根的法拉第效率為10.1±0.9%。另外，由于產(chǎn)物硝酸根具有濃度較高的濃度（20–100 ppm），因此雜質(zhì)或因雜質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的硝酸根的影響較小，所以不需要類似氮?dú)膺€原NRR反應(yīng)中所需要的同位素對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)操作相對(duì)簡(jiǎn)便。
相關(guān)成果發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition，Electrochemical Oxidation of Nitrogen towards Direct Nitrate Production on Spinel Oxides. Chencheng Dai, Yuanmiao Sun, Gao Chen, Adrian C. Fisher, Zhichuan J. Xu
理化（香港）有限公司擁有十余年的分析儀器銷售經(jīng)驗(yàn)，可提供相關(guān)實(shí)驗(yàn)室的完整解決方案，是美國(guó)PINE電化學(xué)產(chǎn)品在大中華地區(qū)的總代理，專為客戶提供售前、售后、應(yīng)用以及銷售服務(wù)，歡迎咨詢！
PINE電化學(xué)工作站WaveDriver100/200是一款輕松使用的電化學(xué)工作站，具有新手模板，便于新生快速上手；批量實(shí)驗(yàn)，可以一次性連續(xù)測(cè)試多組數(shù)據(jù)；斷電保存數(shù)據(jù)，不怕數(shù)據(jù)丟失；類服務(wù)器保存原始后臺(tái)數(shù)據(jù)，便于分享交流數(shù)據(jù)；自帶EIS數(shù)據(jù)庫(kù)等功能。
