Центр водородной (аммиачной) энергетики Института низкоуглеродного развития опубликовал результаты исследований в престижном журнале, предоставив теоретическую основу для эффективного электрохимического синтеза аммиака.

Недавно Центр технологических исследований водородной (аммиачной) энергии Института низкоуглеродных технологий опубликовал важную научную работу в известном журнале Journal of Materials Chemistry A под названием «Влияние Nafion на электрохимическое восстановление нитратов на сплавном катализаторе CoRu». В данном исследовании впервые раскрыт синергетический механизм, с помощью которого перфторсульфоновые полимеры повышают производительность сплавных катализаторов кобальт-рутений (CoRu), предложена модель сольватирующего интерфейса для электрохимического синтеза аммиака и представлено ключевое теоретическое руководство для проектирования высокоэффективных электродов для электрохимического синтеза аммиака.

Реакция электрохимического восстановления нитратов позволяет преобразовывать нитратные загрязнители в воде в аммиак, одновременно достигая контроля загрязнения и рекуперации ресурсов, что делает её чрезвычайно перспективным зелёным путём синтеза аммиака. Микроуровневое влияние перфторсульфоновых полимеров, как ключевого связующего вещества в каталитическом слое мембранных электродов, на каталитический механизм до сих пор оставалось неясным.

В данном исследовании с использованием комбинации моделей явного растворителя и методов ab initio молекулярной динамики были достигнуты два ключевых результата: во-первых, перфторсульфоновые полимеры могут эффективно снижать энергетический барьер диссоциации молекул воды, способствуя поставке протонов; во-вторых, они могут усиливать адсорбцию и активацию нитрат-ионов на поверхности катализатора за счёт орбитальных взаимодействий с нитрат-ионами. Исследование раскрывает механизм влияния этих полимеров на транспорт электронов и протонов и реакционные пути, выявляет синергетические эффекты на границе раздела иономера и каталитического слоя, а также предоставляет теоретическую основу для построения интерфейсов мембранных электродов.

Данное достижение, как ожидается, будет способствовать интеграционным инновациям в технологиях зелёного синтеза аммиака и очистки сточных вод, внося вклад в создание устойчивого цикла азота и чистой энергетической системы. Первым автором статьи является инженер Центра технологических исследований водородной (аммиачной) энергии Института низкоуглеродных технологий Гань Вэнь, который долгое время занимается исследованиями в области электрохимического синтеза аммиака и каталитических материалов азотного цикла, разработал стратегии высокопроизводительного компьютерного скрининга, подал в общей сложности 10 заявок на патенты на изобретение (3 из которых уже получены) и опубликовал 8 научных статей в качестве первого автора.