近日，燃料電池研究所章俊良教授課題組在Nature Energy上發(fā)表了題為“Solvent effects in Li-mediated synthesis”的評述類文章，系統(tǒng)討論了鋰介導(dǎo)合成氨反應(yīng)中溶劑的關(guān)鍵作用。燃料電池研究所博士生蔡熙陽為論文第一作者，章俊良教授為通訊作者。
鋰介導(dǎo)合成氨發(fā)展歷程中的重要技術(shù)突破及時(shí)間節(jié)點(diǎn)
氨是一種重要的化工原料，對農(nóng)業(yè)發(fā)展、工業(yè)生產(chǎn)意義重大，也可作為“零碳燃料”應(yīng)用于未來的能源領(lǐng)域。當(dāng)前，工業(yè)上主要采用哈伯反應(yīng)合成氨，該過程占全球約1.8%的能源消耗和1.4%的二氧化碳排放。基于電化學(xué)過程的鋰介導(dǎo)氮還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了常溫、常壓下的合成氨，且在二氧化碳減排及生產(chǎn)裝置小型化方面更具優(yōu)勢，因而引起學(xué)界廣泛關(guān)注。
文章回顧了丹麥科技大學(xué)Ib Chorkendorff等人在Nature上發(fā)表的最新研究成果，其使用二乙二醇二甲醚（DG）作為電解液溶劑，實(shí)現(xiàn)了300小時(shí)的連續(xù)合成氨，法拉第效率高達(dá)64%，且約有98%的氨產(chǎn)物集中于氣相中。章俊良課題組指出，Ib Chorkendorff等人的工作將顯著推進(jìn)鋰介導(dǎo)合成氨反應(yīng)的實(shí)用化，實(shí)現(xiàn)克級電化學(xué)固氮合成氨（4.6克），且約有98%的氨集中分布于氣相中，而非電解質(zhì)或電極表面沉積物，對產(chǎn)物收集、降低成本意義重大。
使用DG溶劑還可降低電解液電阻，提升合成氨過程中的能量效率。章俊良課題組在先前的研究中發(fā)現(xiàn)，鋰介導(dǎo)合成氨反應(yīng)中使用DG電解液，離子的溶劑化效應(yīng)更顯著，DG分子的空間位阻效應(yīng)將有效避免離子的聚集，進(jìn)而增強(qiáng)電解液導(dǎo)電性。課題組在本文中回顧了鋰介導(dǎo)合成氨發(fā)展歷程中的重要技術(shù)突破及時(shí)間節(jié)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)上述關(guān)鍵突破都與溶劑創(chuàng)新關(guān)聯(lián)密切，并進(jìn)一步展望了未來鋰介導(dǎo)合成氨反應(yīng)的發(fā)展方向，指出溶劑將繼續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41560-024-01538-2
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