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    確證“人工固氮”的百年難題

    天津大學的研究團隊基于電化學方法,開發了一種新型人工固氮的方法,采用高豐度15N標記特種氣體-氮氣和無機鹽-硝酸鉀作為示蹤劑,并利用高分辨同位素質譜儀對示蹤物進行了高精度的同位素豐度測定,證實了該反應的路徑及可行性。



    01 電催化合成硝酸和氨新途徑

    將傳統方法中先還原再氧化的“氮氣→氨→硝酸”途徑改變為先氧化再還原的“空氣→硝酸→氨”途徑。 




    02 用質子交換膜分割的H型電池進行策略一的電催化實驗

    為探討空氣中氮氣的電催化性能,在陽極鼓入空氣,通過電催化作用在鉑箔陽極上形成NO3-,當電位在+2.13v以上時,空氣飽和電解液中電流密度明顯增大,表明空氣中氮氣可以被催化生成氧化產物。


    03 構建以Co3O4納米棒陣列作為模型電催化劑進行硝酸根還原制氨

     將KNO3添加到陰極室并還原為NH3。目前,擬議策略二中硝酸鹽的主要來源是水中的殘余污染,包括工業廢水、生活污水、動物糞便和氮肥。在未來,如果能進一步提高策略一的效率,則NO3-的電氧化生成也可作為策略二的反應物。在0.1M K2SO4電解液中,在有和無硝酸鉀的情況下,對Co3O4電極進行了線性掃描伏安曲線測定。在KNO3存在下,電流密度明顯提高,說明溶液中NO3-可以被催化生成還原產物。



    04利用同位素示蹤技術確證電化學產物來源

    使用15N標記的氮氣和硝酸鉀作為電催化反應的原材料,與非標記的材料做對比實驗,發現使用15N標記作為反應物催化產生的HNO3和NH3的15N豐度遠遠高于其天然豐度,確證了催化產物反應路徑,即來自于氮氣和硝酸鉀。


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