在管状质子陶瓷电解池中，原位合金化作用促进了高效且稳定的电化学氨合成

《Advanced Energy Materials》：Efficient and Stable Electrochemical Ammonia Synthesis Promoted by in Situ Alloying in Tubular Protonic Ceramic Electrolysis Cells

质子陶瓷电解池（PCECs）通过蒸汽电解在位生成氢气和质子，适用于环保氨合成。本研究开发出燃料电极中Fe-Co-Ni合金纳米颗粒催化剂，在600℃、0.6V电压下，氨合成速率达2.37×10^-8 mol/s，比常规电极提升2.1倍。密度泛函理论证实合金化降低氮氢化活化能，合金纳米颗粒的锚定效应有效抑制高温下催化剂聚集，使反应器稳定运行250小时以上。

　　

摘要

质子陶瓷电解电池（PCECs）通过蒸汽电解实现了氢气和质子的原位生成，使其成为环保氨合成的有前景的反应器。然而，这一过程的效率和稳定性目前受到传统燃料电极催化活性有限以及电极聚集问题的限制。本文设计了一种原位形成的Fe-Co-Ni合金纳米颗粒催化剂，并发现这些合金位点显著增强了氮气（N₂）的吸附能力。通过对Fe-Co和Ni进行选择性浸渍处理，促进了Fe-Co-Ni合金催化位点在管状PCEC燃料电极（活性面积为10平方厘米）内的原位形成。在0.6伏的施加电压下，该原位合金化的PCEC反应器在600摄氏度时的氨合成速率为2.37 × 10^?8 mol s^?1，是使用普通燃料电极时的2.1倍。密度泛函理论计算进一步表明，合金化降低了氮氢化的活化能，从而促进了反应进程。此外，原位形成的合金位点具有很强的锚定作用，有效防止了催化剂在高温下的聚集，使得氨的合成过程在250小时内保持稳定且高效。本研究展示了原位合金催化剂与管状PCECs结合在电化学氨合成中的巨大潜力。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。