创纪录的氨产生氮气和水

作为一个地球上最重要的和能源密集型的反应,氨生产长期以来一直是研究人员的主要目标寻求使化学工业更可持续。实现可观的收益率在温和的条件下证明了极大的挑战,然而。现在,在开发一个气体扩散电极,在有机溶剂中,美国研究人员已获得创纪录的收益率的氨氮和水。

氨生产的主要挑战是打破了二氮三键——一个最强的化学。在解决它在20世纪早期,弗里茨·哈伯(德国和卡尔·博世使氮的转化成一种可促进作物。这大约增加了一倍人口,世界农场的饲料。不幸的是,高温和压力消耗大量的哈勃-博施方法所需的能量。当氢生产-总是从化石燃料包括氨生产负责全球碳排放量的1.5%左右。

二氮的稳定使得开发一个可持续的电化学的替代品Haber-Bosch过程更具挑战性比其他替代能源发展重要的工业反应。我们致力于生产氨电化学在过去的10年,它是极其困难的,”说Ib Chorkendorff丹麦技术大学的,他的组织已经商业化电化学过氧化氢生产。我们尝试复制很多论文声称制造氨和他们都附带每百万或百万分之几。”

一个很有前景的路线使用锂和氮在环境条件下自发形成氮化锂。如果这是质子化了的锂盐,生成的盐可以减少回金属电化学原理。这个过程已经在批量生产设置,但是这些将不适合工业化工厂。

现在,化学工程师Karthish Manthiram和他在麻省理工学院的同事已经开发出一种电化电池由两个气体扩散电极,乙醇溶解在四氢呋喃。他们不断注入的氮气流过去的阳极和阴极。在阴极,乙醇消耗过程中形成乙醇盐和二氮减少氨。在阳极,氢分子被氧化产生质子,在这个过程中,乙醇盐再生乙醇。

我们在阴极形成金属锂在这个实验中,“Manthiram解释道。”,与水反应很快。因此,研究人员必须避免使用水溶剂,因此需要设计一个新的气体扩散电极组成一个白金catalyst-coated不锈钢丝网。他们然后耦合设置商用水分解设备提供可再生氢的来源。总的来说,他们以创纪录的速度产生氨等设置,尽管他们的能源效率只有-2.8% - 1.4是由于巨大的潜在需要。还有更多的工作要做,”Manthiram承认。

这工作是很重要的,因为研究人员发现一种燃料电池的设置可以提高氨氮的转化,“Chorkendorff说。“如果我是汤里发现一根头发,我会指出,为感应电流的效率最高的数据报告只有在第一个10分钟,在一个小时的一半。但使用在非水电解质膜和气体扩散层——这是新东西。”

更正:故事的电化学细节是2020年5月7日更新。