用于氮气电解合成氨的物理催化剂

氨合成消耗了3%到5%的全球天然气，使其成为温室气体排放的重要来源。发展不依赖于能源密集和甲烷基础的哈伯-博施工艺的氨合成策略对于降低全球能源消耗和减小气候变化至关重要。出于研究新型氮固定机制的需要，我们在此描述了一种高度纹理化的物理催化剂，由氮掺杂的碳纳米尖峰组成，能够在常温常压下，在水溶液电解质中电化学地将溶解的N2气体还原为氨。在与可逆氢电极相比的-1.19 V下，法拉第效率（FE）达到了11.56 ± 0.85%，而最大产率为97.18 ± 7.13 μg hour-1 cm-2。该催化剂不含贵金属或稀有金属，而是由锐尖构成的表面，集中在尖端的电场，从而促进了靠近电极的溶解N2分子的电还原。电解质的选择也至关重要，因为反应速率依赖于反离子的类型，表明其在增强尖峰处的电场和在斯特恩层内增加N2浓度方面的作用。反应的能量效率在当前的11.56%法拉第效率下估计为5.25%。