ศูนย์พลังงานไฮโดรเจน (แอมโมเนีย) สถาบันคาร์บอนต่ำ เผยแพร่งานวิจัยในวารสารชั้นนำ เสนอแนวทางทฤษฎีสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนียด้วยไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อเร็วๆ นี้ ศูนย์วิจัยเทคโนโลยีพลังงานไฮโดรเจน (พลังงานแอมโมเนีย) สถาบันโลว์คาร์บอน ได้ตีพิมพ์บทความวิจัยสำคัญในวารสารชื่อดัง Journal of Materials Chemistry A เรื่อง "ผลของนาไฟออนต่อปฏิกิริยารีดักชันไนเตรตทางไฟฟ้าเคมีบนตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมโคบอลต์-รูทีเนียม" การศึกษานี้เปิดเผยเป็นครั้งแรกถึงกลไกการทำงานร่วมกันที่พอลิเมอร์ประเภทเปอร์ฟลูออโรซัลโฟนิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมโคบอลต์-รูทีเนียม (CoRu) เสนอแบบจำลองอินเตอร์เฟซการละลายสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนียทางไฟฟ้าเคมี และให้คำแนะนำทางทฤษฎีที่สำคัญสำหรับการออกแบบอิเล็กโทรดประสิทธิภาพสูงสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนียทางไฟฟ้าเคมี

ปฏิกิริยารีดักชันไนเตรตทางไฟฟ้าเคมีสามารถเปลี่ยนมลพิษไนเตรตในน้ำให้เป็นแอมโมเนีย ได้บรรลุการควบคุมมลพิษและการกู้คืนทรัพยากรไปพร้อมๆ กัน ทำให้เป็นเส้นทางสีเขียวที่มีศักยภาพสูงสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนีย พอลิเมอร์ประเภทเปอร์ฟลูออโรซัลโฟนิก ในฐานะสารเชื่อมประสานหลักในชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาของเมมเบรนอิเล็กโทรด ผลกระทบระดับจุลภาคต่อกลไกการเร่งปฏิกิริยานั้นยังไม่ชัดเจนจนถึงปัจจุบัน

การศึกษานี้ โดยใช้การรวมกันของแบบจำลองตัวทำละลายแบบเอ็กซ์พลิซิตและการจำลองไดนามิกระดับโมเลกุลแบบอาบินิเทียว ได้บรรลุผลการค้นพบที่สำคัญสองประการ: ประการแรก พอลิเมอร์ประเภทเปอร์ฟลูออโรซัลโฟนิกสามารถลดพลังงานกระตุ้นการแตกตัวของโมเลกุลน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งเสริมการจ่ายโปรตอน ประการที่สอง มันสามารถเพิ่มการดูดซับและการกระตุ้นไอออนไนเตรตบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาผ่านอันตรกิริยาของออร์บิทัลกับไอออนไนเตรต การวิจัยนี้ชี้แจงกลไกอิทธิพลของพอลิเมอร์เหล่านี้ต่อการขนส่งอิเล็กตรอน-โปรตอนและเส้นทางของปฏิกิริยา เปิดเผยผลกระทบเชิงซินเนอร์จิสต์ที่อินเตอร์เฟซระหว่างไอโอโนเมอร์และชั้นตัวเร่งปฏิกิริยา และให้การสนับสนุนทางทฤษฎีสำหรับการสร้างอินเตอร์เฟซเมมเบรนอิเล็กโทรด

ความสำเร็จนี้คาดว่าจะส่งเสริมนวัตกรรมแบบบูรณาการของเทคโนโลยีการสังเคราะห์แอมโมเนียสีเขียวและการบำบัดน้ำเสีย มีส่วนช่วยในการสร้างระบบวัฏจักรไนโตรเจนที่ยั่งยืนและระบบพลังงานสะอาด ผู้เขียนหลักของบทความคือ กาน เหวิน วิศวกรจากศูนย์วิจัยเทคโนโลยีพลังงานไฮโดรเจน (พลังงานแอมโมเนีย) สถาบันโลว์คาร์บอน ซึ่งมีส่วนร่วมในการวิจัยการสังเคราะห์แอมโมเนียทางไฟฟ้าเคมีและวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาวัฏจักรไนโตรเจนมาอย่างยาวนาน ได้สร้างกลยุทธ์การคัดกรองด้วยการคำนวณปริมาณงานสูง มีการยื่นขอสิทธิบัตรการประดิษฐ์ทั้งหมด 10 รายการ (ได้รับอนุมัติ 3 รายการ) และได้ตีพิมพ์บทความวิชาการ 8 เรื่องในฐานะผู้เขียนหลัก