Descoberta eletroquímica transforma resíduos de nitrato em combustível de amoníaco
As interfaces hidreto de cobre-paládio permitem uma síntese eletroquímica altamente eficiente do amoníaco
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O amoníaco (NH3) é essencial para a agricultura e desempenha um papel importante nos sistemas energéticos sem carbono da próxima geração. A síntese de NH3 renovável é um complemento ou uma alternativa ao processo tradicional de Haber-Bosch. A reação eletroquímica de redução de nitratos (NO3-RR) a NH3 oferece uma via promissora para a produção sustentável de NH3 e a recuperação eficaz de azoto. No entanto, a cinética de reação lenta e a reação concorrente de evolução do hidrogénio (HER) prejudicam a eficiência.
As interfaces hidreto de cobre-paládio permitem uma síntese eletroquímica altamente eficiente do amoníaco
DICP
BAO Xinhe do Instituto de Física Química de Dalian da Academia Chinesa de Ciências desenvolveu um catalisador bimetálico de cobre-paládio (CuPd), que formou dinamicamente abundantes sítios interfaciais Cu-PdHx com elevada atividade catalítica intrínseca in situ em condições NO3-RR.
Em condições de funcionamento de NO3-RR, o catalisador bimetálico CuPd apresentou uma elevada atividade catalítica intrínseca, atingindo uma taxa de produção de NH3 de 19,9 mmol h-1 cm-2 com uma densidade de corrente de 5 A cm-2 a uma tensão de célula completa de 2,56 V num eletrolisador de montagem de eléctrodos de membrana (MEA). Demonstrou uma boa durabilidade, mantendo uma eficiência Faradaica de cerca de 86,8% a 2 A cm-2 durante mais de 1.000 horas.
Os investigadores revelaram que o desempenho melhorado foi atribuído à atividade intrínseca superior das interfaces Cu-PdHx. A redistribuição de hidrogénio induzida pelo transbordo na interface Cu-PdHx modificou a estrutura eletrónica local dos sítios activos, o que optimizou a adsorção de NO3-, promoveu a dessorção de NH3 e proporcionou uma via de reação energeticamente mais favorável para a síntese de NH3.
Uma demonstração de aumento de escala usando uma pilha de electrolisadores com cinco MEAs de 100 cm2 atingiu uma taxa de produção de NH3 de 8,7 mol h-1 a 500 A e produziu continuamente 1,6 mol h-1 de NH3 a 100 A durante 100 horas, sublinhando a aplicabilidade industrial.
Este estudo fornece uma nova perspetiva sobre a relação estrutura-atividade dos sítios bimetálicos CuPd. E fornece uma estratégia eficaz para melhorar a atividade catalítica intrínseca através da construção in situ de interfaces benéficas, permitindo a conversão eficiente de poluentes de nitrato em NH3 de valor acrescentado.
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