科百科
当前位置: 首页 范文大全

铁氧体纳米粉体制备(通过氧空位的引入调控电还原N2合成NH3反应)

时间:2023-06-09 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 范文大全

实验发现,Vo-LaCoO3在电还原N2反应中,产氨速率最高可达182.2μgNH3mg-1cat.h-1,是原始LaCoO3催化剂的2.8倍。其中,电还原N2合成NH3反应采用水作为氢源,并且可通过调节电压来调控反应,成为目前常温常压合成氨反应的关注热点之一。Vo-LaCoO3的NH3产率接近当前报道N2电还原催化剂的最高水平。此外,对N2还原和产氢反应的热力学极限电位的分析表明,Vo-LaCoO3对N2电还原的选择性更高。出版书籍三部,申请中国专利34项、美国专利4项。

▲第一作者:刘彦,孔祥栋,郭旭 ;通讯作者:耿志刚,曾杰 通讯单位:中国科学技术大学 论文DOI:10.1021/acscatal.9b03864全文速览本文中,研究人员通过在 LaCoO3 纳米颗粒表面引入氧空位来提升其电还原 N2 合成 NH3 反应的催化性能。实验发现,Vo-LaCoO3 在电还原 N2 反应中,产氨速率最高可达 182.2 μgNH3 mg-1cat. h-1,是原始 LaCoO3 催化剂的 2.8 倍。机理研究表明引入氧空位增强了 LaCoO3 对 N2 的吸附,促进了 N2 的活化,从而提高了 Vo-LaCoO3 对 N2 电还原的催化活性和选择性。背景介绍NH3 是重要的能源载体和农业肥料。目前工业上是通过 Haber-Bosch 法合成 NH3,反应需要在高温(400-500℃)、高压(200-250 bar)的条件下进行。这一过程需要大量的 H2 作为原料之一, 而 H2 主要来源于蒸汽重整,在消耗大量化石燃料的同时排放大量 CO2 气体,对当前日益严峻的能源问题和环境问题带来很大的影响。因此,如果能够在温和的反应条件下,利用 N2 和地球上丰富的水资源作为氢源来生产 NH3,对缓解能源危机和环境危机至关重要。其中,电还原 N2 合成 NH3 反应采用水作为氢源,并且可通过调节电压来调控反应,成为目前常温常压合成氨反应的关注热点之一。近年来,研究人员已开发出多种用于 N2 电还原的催化剂,然而 N≡N 共价键的键能高、化学活性低,导致这些催化剂的 NH3 产率远低于工业需求。因此,开发出能够高效活化 N2 的催化剂在 N2 电还原中仍然是一个巨大的挑战。研究出发点由于 N2 分子没有偶极矩或极性,且为一个亲核且高度对称分子,极难被吸附和活化。因此,在活性催化剂表面造就缺陷,提供不对称的亲电活性位点,提高 N2 分子的吸附活化能力,促进 N2 的解离。成果简介近日,中国科学技术大学曾杰教授课题组在 ACS Catalysis 上发表了题为“Enhanced N2 Electroreduction over LaCoO3 by Introducing Oxygen Vacancies”的文章。研究人员通过在 LaCoO3 纳米颗粒表面引入氧空位来提升其电还原 N2 合成 NH3 反应的催化性能。实验发现,在 -0.7 V vs RHE 的电压下,Vo-LaCoO3 上的 NH3 产率达到 182.2 μgNH3mg-1cat.h-1,是原始 LaCoO3(65.3 μgNH3mg-1cat.h-1)的 2.8 倍。Vo-LaCoO3 的 NH3 产率接近当前报道 N2 电还原催化剂的最高水平。机理研究表明,引入氧空位增强了 LaCoO3 对 N2 的吸附,促进了 N2 的活化,从而提高了 Vo-LaCoO3 对 N2 电还原的催化活性和选择性。密度泛函理论计算表明,氧空位的引入增加了价带边缘附近的电荷密度,从而增强了 Vo-LaCoO3 对 N2 的活化。此外,对 N2 还原和产氢反应的热力学极限电位的分析表明,相比于原始 LaCoO3Vo-LaCoO3 具有更高的 N2 电还原选择性。图文解析▲图1 Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 的表征(a)Vo-LaCoO3 的 HRTEM 图像,插图显示了相应的 SAED 模式; (b)Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 的 XRD 图;(c)Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 的 O 1s XPS 光谱;(d)Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 的 Co 2p XPS 光谱;(e)Vo-LaCoO3 和原始LaCoO3的 O K-edge XAS 光谱;(f)Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 的 Co L-edge XAS 光谱。▲图2 Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 的电化学性能测试(a)Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 产 NH3 的有效电流密度;(b)Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 在不同电压下产 NH3 的 FE;(c)Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 在不同电压下的产 NH3 速率; (d)Vo-LaCoO3 在 -0.7 V vs RHE 电压下,经过十次循环测试的产 NH3 速率。▲图3 Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 的 N2 电还原机理研究(a)Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 的充放电电流密度差-扫描速度曲线;(b)Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 的交流阻抗谱;(c)Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 的 N2(m / z = 28)的 TPD-MS 曲线;(d)Vo-LaCoO3 和原始 LaCoO3 在室温 1 bar下N2 处理后的DRIFTS曲线。▲图4理论计算(a)有一个氧空位的 LaCoO3 slab 的 DOS;(b)没有氧空位的 LaCoO3 slab 的 DOS;(c)有一个氧空位的 LaCoO3 slab 在价带边缘(标有橙色区域)的部分电荷密度;(d)没有氧空位的 LaCoO3 slab 在价带边缘(标有橙色区域)的部分电荷密度;(e)有/没有一个氧空位的 LaCoO3 slab 上 N2 还原反应遵循alternating 路径的吉布斯自由能图; (f)有/没有一个氧空位的 LaCoO3 slab 上 N2 还原和产氢反应的热力学极限电位之差。绿色,紫色和红色的球体分别表示 La,Co 和 O 原子。总结与展望研究人员通过在 LaCoO3 纳米颗粒表面引入氧空位开发了有效的 N2 电还原催化剂(Vo-LaCoO3)。在 N2 电还原反应中,Vo-LaCoO3 在 -0.6 V vs RHE 的电压下,产 NH3 的 FE 为 7.6 %。值得注意的是,在 -0.7 V vs RHE 的电压下,Vo-LaCoO3 的产 NH3 速率达到 182.2 μgNH3mg-1cat.h-1,是原始LaCoO3(65.3 μgNH3mg-1cat.h-1)的 2.8 倍。DFT 计算表明,将氧空位引入 LaCoO3,使价带边缘附近电荷密度的增加,从而促进了 N2 的活化。此外,对 N2 还原和产氢反应的热力学极限电位的分析表明,Vo-LaCoO3 对 N2 电还原的选择性更高。这项工作对于氧空位调控 N2 电还原反应的研究提供了一种新思路。文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.9b03864作者介绍曾杰,1980 年 9 月出生于河南省商城县,现任中国科学技术大学教授、博士生导师,国家杰出青年科学基金入选者,国家“万人计划”科技创新领军人才,国家重大科学研究计划青年专项首席科学家,获安徽省自然科学一等奖、第十届“侯德榜化工科学技术青年奖”、中科院优秀导师奖、安徽省青年五四奖章、中国新锐科技人物等奖项。研究领域为碳一催化。迄今为止,已在 Nature Nanotechnol. (2篇),Nature Energy (1篇),Nature Commun. (7篇), JACS (11篇),Angew. Chem. Int. Ed. (15篇),Nano Lett. (14篇),Adv. Mater. (8篇), Chem. Rev. (1篇),Nano Today (1篇)等高影响力学术期刊发表了 127 篇论文,总被引用 9700 余次。25 篇论文单篇被引过百次,H 因子为 53。出版书籍三部,申请中国专利 34 项、美国专利4项。部分研究成果被Nature Mater. 杂志、Angew. Chem. Int. Ed. 杂志、C&EN News、Materials Views等国际科学媒体广泛报道,并多次被 CCTV、《人民日报》、《人民日报(海外版)》、《光明日报》、《科技日报》等多家国内主流媒体关注。招聘信息具有博士学位,在碳一催化、工业催化等领域有扎实的研究基础。应聘特任研究员原则上应具有两年或以上的博士后经历。提供待遇:视个人情况面谈。培养目标:积极帮助出站博士后联系申请高等院校及研究所的工作,或推荐国际一流著名院校进一步深造。博士后期间工作成绩特别突出者,将破格留校晋升。帮助特任研究员晋任副教授或特任教授。地址:安徽省合肥市金寨路96号中国科学技术大学东区微尺度理化大楼16-005室邮编:230026电话:0551-63603545邮箱:zengj@ustc.edu.cn欢迎有志于从事相关研究的博士后和特任研究员进入本课题组,共同开展研究工作!课题组主页:http://catalysis.ustc.edu.cn/
    推荐阅读
  • 空腹血糖受损要如何治疗(空腹血糖受损怎么办)

    而如果是单纯的空腹血糖受损的问题,餐后血糖正常的朋友,一般可以算作是糖尿病前期的一种情况,对这种情况,一般是不建议服用降糖药物来解决的。空腹血糖受损的改善,首先要提的,还是我们经常说到的饮食调理和运动控制血糖的问题,这是糖尿病患者控制血糖的重要方面,同样也是空腹血糖受损,恢复空腹血糖水平的重要方面。

  • 去痘印的小窍门(去痘印的小窍门分享)

    用土豆片敷脸与生姜片一样敷在痘印处使用一段时间也可以发现痘印变淡,接下来我们就来聊聊关于去痘印的小窍门?去痘印的小窍门用土豆片敷脸。使用水兑上一定量的水。使用糖水进行洗脸。注意糖水不易太甜。以防过度刺激皮肤。将维生素E胶囊中的液体涂在痘印上。使用蜂蜜,红糖水涂抹脸部痘印处。许多美女都知道蜂蜜具有美容的效果。苹果中含有大量对皮肤有益的元素。让脸部肌肤慢慢吸收苹果片渗透出来的苹果汁。

  • 对朋友看淡心寒的句子 对某人失望心寒的说说短句

    有时候,爱也是一种伤害。残忍的人选择伤害别人;好人选择伤害自己。有时候,偶然知道了一件事,才知道自己在乎的东西是那么可笑。所有的结局都是那么不堪重负,没有结尾的痕迹,让人心寒。完美的另一面,悲剧刚刚上演。白萱墨水不起作用,当人们意识到这一点时,他们也没有归还。1被文字感动的孩子总是不开心。可能不容易;很容易受伤。一个人在了解世界的真相之前,总是需要冷静一次。

  • 2022年各地中考时间(2022年中考将于本周举行)

    为确保今年疫情防控和中考组织“双安全”,市教育局会同各相关部门按照职责分工,协调联动,积极做好疫情防控、安全保卫、服务保障等工作,以更高标准、更严要求、更强落实,确保考试安全顺利平稳。加强考生和考试工作人员健康状况登记、考点考场消毒通风、入场体温排查等防疫措施。每个考点设1名由卫健部门安排的防疫专职副主考,负责疫情防控常规工作和突发情况处置。

  • 太白金星和太上老君能摆在一排吗(太白金星与太上老君有区别吗)

    太白金星和太上老君,可以说是民间神话体系里,较为出名的两个神仙了。而太上老君则是中国神话体系地位最高的神,是他一手创立了道教,是公认的道教始祖。其一说太白金星是太上老君的弟子,但是按照道教的思想,太上老君的弟子不应该在天上做官才是,因为天上的神仙几乎都是截教与阐教的弟子。

  • 鬼吹灯之昆仑神宫讲的什么(鬼吹灯之昆仑神宫小说简介)

    跟着小编一起来看一看吧!鬼吹灯之昆仑神宫讲的什么该小说写充满神话色彩的昆仑山,涉及格萨尔王传说,叙述了风蚀湖的白胡子鱼与斑纹蛟的较量,出现了雪弥勒、雪山金身木乃伊、蘑菇森林、地观音、火蜥蜴等奇异怪物。《鬼吹灯之昆仑神宫》是天下霸唱创作的长篇小说,2006年12月安徽文艺出版社出版。本书是《鬼吹灯之云南虫谷》的续集,是《鬼吹灯》系列小说的第四章。

  • 福建省教育厅关于省课程标准(福建省本科高校教育教学研究项目管理办法)

    省级教研项目的申报通知和立项、结题名单由省教育厅发文公布。根据需要设定委托单位的特设专项申报限额,特设专项一般按重大项目标准申报。第十二条省级教研项目立项时间从批准之日起算。第十五条批准立项后,省级教研项目原则上不得变更研究方向和主体内容。第十七条被撤销项目的主持人,自撤项之日起3年内不得申报省级教研项目。对于被撤销项目的承担高校,省教育厅将等额核减其下一年度项目申报限额。

  • 小米深圳总部方案(小米国际总部落户南山)

    据悉,该宗地将作为小米集团国际总部所在地,建设国际总部大厦。2020年6月,深圳市人民政府与小米通讯技术有限公司在深圳市市民中心举行总部经济发展合作协议签约仪式,小米集团在深圳设立总部企业深圳小米信息技术有限公司。全球招商大会签约项目确保产业用地据悉,深圳提出,2019全球招商大会签约项目今年内将确保产业用地将全部落定。

  • 如何钓鲫鱼(快速钓鲫鱼的技巧)

    钓位选择钓位选择决定鱼获,其他季节还有大量诱鱼进窝,但冬天鲫鱼的开口小,吃饵轻饵料味型太弱,是吸引不动鲫鱼吃饵的,加上冬季鲫鱼觅食和游动范围都很小。如果打窝后发现聚鱼不少,也并非是全都是打窝的功劳,一般是选择钓位得当,聚鱼就会更快。

  • 苹果11打开库乐队怎么一直横屏(不想要横屏了)

    接下来我们就一起去了解一下吧!苹果11打开库乐队怎么一直横屏苹果11打开库乐队一直横屏是因为没有改变横屏的锁定功能。我们可以打开手机的控制中心,然后点击“旋转箭头”按钮即可改变横屏的锁定功能。苹果手机型号不同,打开控制中心的方式不同,比如说iPhone8需要将手指放在屏幕的底部,向上一扫即可打开控制中心;iPhoneXR则需要将手指放在屏幕的右上角,然后向下扫才能打开控制中心。