Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа под руководством доктора Марселя Риша (Dr Marcel Risch) из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (HZB) и профессора доктора Санджая Матура (Prof. Dr Sanjay Mathur) из Кёльнского университета с помощью метода синтеза с использованием магнитного поля повысила эффективность и селективность плёночного катализатора из кобальтового феррита (CoFe₂O₄) в процессе электрохимического превращения нитратов в аммиак. Это исследование предлагает устойчивую альтернативу традиционному энергоёмкому процессу Габера-Боша.
Синтез аммиака является ключевым этапом в химической промышленности и производстве сельскохозяйственных удобрений, однако традиционный процесс Габера-Боша потребляет от 1% до 2% мировой энергии и вносит почти 1% в глобальные выбросы парниковых газов. Новый метод, основанный на электрохимическом превращении нитратов, становится перспективной альтернативой, особенно с учётом возможности использования вредных жидких отходов интенсивного сельского хозяйства. Однако этот процесс требует эффективных катализаторов для подавления образования водорода и азотсодержащих побочных продуктов. Плёнки из шпинельных оксидов переходных металлов, таких как CoFe₂O₄, считаются обладающими большим потенциалом.
Исследователи обнаружили, что приложение внешнего магнитного поля в процессе синтеза катализатора может значительно улучшить его характеристики. В конкретных экспериментах плёнки CoFe₂O₄, полученные в магнитном поле 1 тесла, показали наилучшие результаты: по сравнению с тем же материалом, синтезированным без магнитного поля, выход аммиака увеличился в три раза. Кроме того, этот катализатор превзошёл по выходу аммиака чистый оксид железа Fe₃O₄-1T, также синтезированный в магнитном поле 1 тесла, в 22 раза, что указывает на решающую роль кобальта в восстановлении нитратов. Расчёты с использованием теории функционала плотности (DFT) подтвердили, что кобальт подавляет конкурирующую реакцию выделения водорода и способствует превращению нитратов. Анализ показал, что магнитное поле стабилизирует каталитически активные ионы Co²⁺ в октаэдрических позициях катализатора, тем самым снижая кинетический барьер восстановления нитратов.
Примечательно, что магнитное поле применялось только в процессе роста плёнки, и эти улучшения сохранялись в ходе последующих электрохимических операций без внешнего магнитного поля. Изображения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии, показывают, что чем сильнее магнитное поле в процессе синтеза, тем более шероховатой становится поверхность плёнки CoFe₂O₄, что обеспечивает большую площадь реакционной поверхности. Исследовательская группа надеется, что этот результат будет способствовать более широкому изучению стратегий с использованием магнитного поля для настройки электрокатализаторов.
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
