Учёные нашли ключевой фактор для эффективного производства аммиака с помощью электричества

Графическая аннотация. Автор: ACS Catalysis (2025). DOI: 10.1021/acscatal.5c03512

По сравнению с энергоёмким процессом Габера-Боша, электрокаталитическое восстановление нитратов (NO₃⁻RR), управляемое возобновляемой энергией, обеспечивает низкоуглеродный путь синтеза аммиака в мягких условиях. Используя нитраты из сточных вод в качестве источника азота и воду в качестве источника водорода, этот маршрут потенциально позволяет устойчиво производить аммиак, одновременно смягчая проблему загрязнения воды.

Медные (Cu) катализаторы демонстрируют хорошие показатели для NO₃⁻RR до аммиака. Однако они страдают от таких проблем, как высокий перенапряжение, конкурирующее образование нитрита (NO₂^–) и низкая общая энергоэффективность.

В исследовании, опубликованном в ACS Catalysis, группа под руководством профессора Бао Синьхэ и профессора Гао Дуньфэна из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук вместе с профессором Ван Госюном из Фуданьского университета предложила адсорбцию гидроксила (*OH) в качестве дескриптора селективности для синтеза аммиака через NO₃⁻RR на медных катализаторах.

Используя модельный катализатор из медных нанокубов с выбранным размером и формой, исследователи изучили, как электродный потенциал и концентрация NO₃⁻ влияют на распределение продуктов NO₃⁻RR. Они обнаружили, что более отрицательные потенциалы и более низкие концентрации NO₃^– могут улучшить селективность по аммиаку по сравнению с образованием NO₂^–, и этот эффект сильно коррелирует с ослабленной адсорбцией *OH.

Более того, исследователи предложили адсорбцию *OH в качестве дескриптора селективности продукта, поскольку она контролирует доступность поверхностно-адсорбированного водорода (*H), генерируемого при диссоциации воды. Они продемонстрировали, что использование адсорбции *OH в качестве дескриптора может направлять разработку как катализаторов, так и электролитов для снижения перенапряжения NO₃⁻RR.

«Наша работа подчеркивает важность адсорбции *OH в качестве дескриптора селективности для проектирования более эффективных систем электросинтеза аммиака из нитратов», — сказал профессор Гао.

Дополнительная информация: Yi Wang et al, Hydroxyl Adsorption as a Selectivity Descriptor for Electrocatalytic Nitrate Reduction over Cu Catalysts, ACS Catalysis (2025). DOI: 10.1021/acscatal.5c03512

Источник: Chinese Academy of Sciences