常温下电化学合成氨
常温下电化学合成氨
Part 1 aber反应及问题 目录 Part 2 电化学合成氨进展 Part 3 热力学动力学分析
目录 Part 1 Haber 反应及问题 Part 2 电化学合成氨进展 Part 3 热力学动力学分析
Part1 Haber反应 工业合成氨流程 Haber-Bosch Haber反应机理 Haber反应的障碍
Part 1 Haber反应 Haber反应机理 Haber反应的障碍 工业合成氨流程 Haber-Bosch
工业合成氨流程 级水蒸 气重整 氧化碳 变换 CH 脱硫 二级水蒸 气重整 氧化碳 分离 未反应的合成气 CO CO 高压 NH 产品分离 合成气 合成氨
工业合成氨流程
Haber催化合成氨解离机理 解离机制N2 HHH He 热力学计算表明,低温、高压对合成氨反应是有利的,但无催化剂时,反 应的活化能很高,反应几乎不发生。当采用铁催化剂时,降低了反应的活 化能,使反应以显著的速率进行 △H=459kmol 合成氨反应的机理,首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附,使氮原 △G=-164 kJ/mol 子间的化学键减弱。接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用 在催化剂表面上逐步生成一NH、一NH2和NH3,最后氨分子在表面上脱吸而 生成气态的氨
Haber催化合成氨解离机理 热力学计算表明，低温、高压对合成氨反应是有利的，但无催化剂时，反 应的活化能很高，反应几乎不发生。当采用铁催化剂时，降低了反应的活 化能，使反应以显著的速率进行。 合成氨反应的机理，首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附，使氮原 子间的化学键减弱。接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用， 在催化剂表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3，最后氨分子在表面上脱吸而 生成气态的氨。 ΔH=-45.9kJ/mol ΔG=-16.4kJ/mol
Haber反应的障碍 动力学和热力学的矛盾 2.铁触媒(铁催化剂)的中毒 3高耗能 4高污染 5转化率低
Haber反应的障碍 1.动力学和热力学的矛盾 2.铁触媒（铁催化剂）的中毒 3.高耗能 4.高污染 5.转化率低
Part2电化学合成氨进展 贵金属电极材料 过渡金属电极材料电化学合成非金属电极材料 电化学合成机理
Part 2 电化学合成氨进展 过渡金属电极材料 电化学合成 非金属电极材料 贵金属电极材料 电化学合成机理
电化学合成氨机理分析 解离机制 解离机制 缔合末端机制 缔合机制 缔合交替机制
电化学合成氨机理分析 解离机制 缔合机制
贵金属电极材料 1.贵金属具备抗高温、耐腐蚀等优点,因而电化学合成氨前期研究大部分报道都基于贵 金属,如钌(Ru)、铂(Pt)、铱(Ir)、金(Au)、钯(Pd)等。 贵金属由于其昂贵的成本、稀缺的储量制约其大规模商业化应用。 3.贵金属作为电极材料一般以纳米粒子(球状,棒状等),纳米薄膜,MOFs的形式出现 〓 ) NIMOF74长时间稳定性测试后的SEM图
贵金属电极材料 1.贵金属具备抗高温、耐腐蚀等优点，因而电化学合成氨前期研究大部分报道都基于贵 金属，如钌（Ru）、铂（Pt）、铱（Ir）、金（Au）、钯（Pd）等。 2.贵金属由于其昂贵的成本、稀缺的储量制约其大规模商业化应用。 3.贵金属作为电极材料一般以纳米粒子（球状，棒状等），纳米薄膜，MOFs 的形式出现
过渡金属电极材料 许多过渡金属催化剂在理论模拟与实验研究中均表现出优异的氮还原性能。 2.成本低廉和资源丰富是其用于低温电化学合成氨的主要优势,研究较多的过渡金属基电极材料主要 有铁(Fe)、锰(Mn)、铬(Cr)、铌(№)、钼(Mo)的氧化物、硫化物和氮化物。 3.金属基催化剂在氮还原催化过程中存在释放金属离子从而造成 环境污染的潜在危险目前而言,大部分NR(常温常压还原氮 电催化剂是过渡金属化合物,但是这些催化剂过渡金属与氮气的 结合能力较差,不能有效活化氮气:其次,过渡金属d轨道的电 :二#- 子有利于形成MH键,易发生HER(电催化剂析氢)竞争反应。 4.一般常用来作为电极材料的有Fe2O3,MoS2,Mo2N。 图2(aC2O微米球高分辨透射电镜图;(b)不同电 压下x2O微米球的i-1曲线:(c)施加不同电压后电 解液所对应的UV4s光谱图;(4稳定性循环实验
过渡金属电极材料 1.许多过渡金属催化剂在理论模拟与实验研究中均表现出优异的氮还原性能。 2.成本低廉和资源丰富是其用于低温电化学合成氨的主要优势，研究较多的过渡金属基电极材料主要 有铁（Fe）、锰（Mn）、铬（Cr）、铌（Nb）、钼（Mo）的氧化物、硫化物和氮化物。 3.金属基催化剂在氮还原催化过程中存在释放金属离子从而造成 环境污染的潜在危险目前而言，大部分 NRR（常温常压还原氮） 电催化剂是过渡金属化合物，但是这些催化剂过渡金属与氮气的 结合能力较差，不能有效活化氮气；其次，过渡金属 d 轨道的电 子有利于形成 M—H 键，易发生 HER（电催化剂析氢）竞争反应。 4.一般常用来作为电极材料的有Fe2O3，MoS2，Mo2N