针对电催化N2还原反应(ENRR)合成氨工艺面临的氨产率极低和法拉第效率不高等问题,搭建了低温等离子体耦合电催化还原(NTP-ENRR)合成氨反应系统。通过在电催化反应前引入N2/O2等离子体活化过程,将N2以 和 的形式固定在溶液中。通过化学还原法高效地合成Cu、Pd、Ag等系列金属纳米催化剂,并对比研究了其电催化合成氨的性能。其中,Cu NPs催化剂实现了4 222 μg/(mg·h)的高氨产率,相较于传统的直接ENRR合成氨提高了2~3个数量级,法拉第效率最高可达88.6%。等离子体对N2/O2分子的高效活化、Cu NPs较小的电荷转移电阻和更多有效晶面的暴露共同促进了氨的高效合成。本工艺利用可再生能源,实现以N2为氮源、H2O为氢源,在温和条件下绿色、快速地合成氨,具备良好的应用前景。
分子筛的晶体尺寸和形貌会对催化反应结果产生较大影响。本研究以氢氧化六甲双铵为有机模板剂,通过在初始凝胶中加入金属阳离子的策略调节OFF分子筛形貌,成功合成了c-OFF(六棱柱)、Mg-OFF(纺锤体)、Li-OFF(针棒状)、Rb-OFF(板状)、Cs-OFF(墩状)、Zr-OFF(椭球体)分子筛,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附-脱附和氨气程序升温脱附(NH3-TPD)等表征手段考察了不同金属阳离子对产物的影响。与传统六棱柱c-OFF分子筛(1.0 μm×5.0 μm)相比,金属阳离子的加入可显著降低晶粒尺寸。以甲醇制烯烃(MTO)为探针反应,对合成的不同形貌OFF分子筛催化性能进行评价,结果表明具有较小长径比的Cs-OFF和Zr-OFF分子筛寿命相对较长,而具有较高长径比的Li-OFF和Rb-OFF分子筛寿命短且副产物C5+增多。