Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Ji Liang de l'Université de Tianjin, en Chine, a systématiquement présenté les progrès de la recherche sur la préparation de nitrate/nitrite par réaction d'électro-oxydation de l'ammoniac et a proposé différentes stratégies pour améliorer les performances électrocatalytiques des catalyseurs en modulant leur composition et structure pour inhiber les réactions secondaires et la corrosion des électrodes dans le processus électrocatalytique, et propose enfin les opportunités et les défis rencontrés par l'électrocatalyse à l'ammoniac ainsi que sa tendance de développement.
Les résultats ont été publiés dans le Chinese Journal of Catalysis. .
Nitrite et nitrate (NO2/3 − ) sont des substances importantes dans l'industrie, l'agriculture et l'ingénierie alimentaire. Le processus actuel de fabrication du NO2/3 − par l'oxydation d'Ostwald s'accompagne souvent d'une consommation d'énergie et d'émissions de gaz à effet de serre importantes.
L'oxydation électrocatalytique de l'ammoniac est un processus à basse température à faibles émissions et économe en énergie qui permet la production continue de NO2/3 − , évitant la formation de N2 nocif O, et peut être entièrement alimenté par de l’électricité renouvelable. La plupart des études actuelles sur la réaction d'oxydation de l'ammoniac se sont concentrées sur la production d'hydrogène à partir du craquage de l'ammoniac et des piles à combustible directes à l'ammoniac, tandis que l'étude de la pertinence de la conversion de l'ammoniac en NO2/3 − a reçu peu d'attention.
Par conséquent, sur la base d'un résumé des travaux de ces dernières années, nous fournissons un aperçu du mécanisme de réaction et des idées de conception des catalyseurs afin de fournir des conseils théoriques aux chercheurs pour développer des catalyseurs axés sur le NO2/3. − génération et de jeter les bases des futurs systèmes de cycle de l'azote.
Basé sur le mécanisme réactionnel possible de la réaction d'oxydation électrocatalytique de l'ammoniac (AOR), cet article présente les conditions de réaction, les méthodes de détection, les méthodes de caractérisation in situ et les calculs théoriques de l'AOR. Basé sur le résumé des facteurs affectant les catalyseurs AOR, cet article propose les stratégies de conception et les méthodes de synthèse des électrocatalyseurs au cours des dernières années et donne une perspective sur le développement futur du domaine de l'ammoniac.
Tout d’abord, les principales difficultés de l’AOR sont discutées sur la base du principe de réaction et du chemin d’adsorption des intermédiaires réactionnels. Ensuite, les exigences de test de l'AOR et les rôles importants de la caractérisation in situ dans l'étude mécanistique de l'AOR sont systématiquement résumés, ainsi que les rôles importants de la théorie de la densité fonctionnelle (DFT) pour l'étude des barrières d'énergie de réaction et des catalyseurs orbitaux électroniques. les distributions dans le processus catalytique de l'AOR sont discutées.
De plus, des stratégies contrôlables telles que la conception d'alliages de catalyseur, l'ingénierie d'interface, le traitement d'amorphisation et la modulation mono- ou diatomique peuvent aider à inhiber les réactions secondaires ainsi que les dommages causés aux électrodes par les substances corrosives générées pendant le processus d'électrolyse.
Enfin, les progrès de l'oxydation de l'ammoniac dans les applications photo-, thermo- et biocatalytiques sont présentés, et les défis actuels et les stratégies de solutions pour l'AOR, telles que la combinaison de la conception avancée de matériaux avec des calculs théoriques, sont suggérés pour aider à trouver de nouvelles solutions de haute qualité. électrocatalyseurs AOR performants.
L'amélioration du système catalytique et l'optimisation du réacteur accéléreront l'industrialisation d'une préparation électrocatalytique verte, efficace et à faible consommation d'énergie à grande échelle du NO2/3 − .
En résumé, les progrès réalisés dans le domaine de l'AOR sont suffisants pour confirmer la faisabilité de l'électrooxydation de l'ammoniac pour la préparation du NO2/3 − pour la production industrielle, ce qui apporte de nouvelles opportunités pour la demande croissante de NO2/3 − approvisionnement.
Bien que l'AOR soit toujours confronté aux problèmes de faibles performances et de processus immature, avec la combinaison de la recherche théorique et expérimentale et du développement et de l'utilisation de technologies de caractérisation in situ, des catalyseurs AOR efficaces et stables apparaîtront à l'avenir, et l'énergie sans carbone Un système de réseau de récupération centré sur l'AOR sera mis en place rapidement.
Plus d'informations : Yunrui Tian et al, Électrocatalyseurs à base de métaux pour la réaction d'électrooxydation de l'ammoniac en nitrate/nitrite :passé, présent et futur, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI :10.1016/S1872-2067(23)64576-0
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
