Una scoperta elettrochimica trasforma i rifiuti di nitrato in combustibile ammoniacale
Le interfacce rame-palladio idruro consentono una sintesi elettrochimica dell'ammoniaca altamente efficiente
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L'ammoniaca (NH3) è essenziale per l'agricoltura e svolge un ruolo importante nei sistemi energetici di prossima generazione privi di carbonio. La sintesi di NH3 rinnovabile è un'alternativa o un supplemento al tradizionale processo Haber-Bosch. La reazione elettrochimica di riduzione dei nitrati (NO3-RR) a NH3 offre una via promettente per la produzione sostenibile di NH3 e un efficace recupero dell'azoto. Tuttavia, la lentezza della cinetica di reazione e la reazione concorrente di evoluzione dell'idrogeno (HER) ne ostacolano l'efficienza.
Le interfacce rame-palladio-idruro consentono una sintesi elettrochimica dell'ammoniaca altamente efficiente
DICP
In uno studio pubblicato su Nature Synthesis, un team guidato dal Prof. BAO Xinhe dell'Istituto di Fisica Chimica di Dalian dell'Accademia Cinese delle Scienze ha sviluppato un catalizzatore bimetallico rame-palladio (CuPd), che ha formato dinamicamente abbondanti siti interfacciali Cu-PdHx con un'elevata attività catalitica intrinseca in situ in condizioni di NO3-RR.
In condizioni operative di NO3-RR, il catalizzatore bimetallico CuPd ha mostrato un'elevata attività catalitica intrinseca, raggiungendo un tasso di produzione di NH3 di 19,9 mmol h-1 cm-2 con una densità di corrente di 5 A cm-2 a una tensione di cella completa di 2,56 V in un elettrolizzatore a membrana (MEA). Ha dimostrato una buona durata, mantenendo un'efficienza faradica di circa l'86,8% a 2 A cm-2 per oltre 1.000 ore.
I ricercatori hanno rivelato che il miglioramento delle prestazioni è stato attribuito alla superiore attività intrinseca delle interfacce Cu-PdHx. La ridistribuzione dell'idrogeno indotta dall'overflow all'interfaccia Cu-PdHx ha modificato la struttura elettronica locale dei siti attivi, ottimizzando l'adsorbimento di NO3-, promuovendo il desorbimento di NH3 e fornendo un percorso di reazione energeticamente più favorevole per la sintesi di NH3.
Una dimostrazione in scala utilizzando uno stack di elettrolizzatori con cinque MEA da 100 cm2 ha raggiunto un tasso di produzione di NH3 di 8,7 mol h-1 a 500 A e ha prodotto in modo continuo 1,6 mol h-1 di NH3 a 100 A per 100 ore, sottolineando l'applicabilità industriale.
Questo studio fornisce nuove conoscenze sulla relazione struttura-attività dei siti bimetallici CuPd. Inoltre, fornisce una strategia efficace per migliorare l'attività catalitica intrinseca attraverso la costruzione in situ di interfacce vantaggiose, consentendo una conversione efficiente degli inquinanti nitrati in NH3 a valore aggiunto.
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