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时间:2021-09-11 20:13作者:admin

  伊利诺伊大学芝加哥分校的工程师们发明了一种太阳能电化学反应,它不仅利用废水制造氨,世界上产量第二大的化学物质,而且还实现了太阳能转化燃料的效率,比其他类似技术都高出10倍。他们的研究结果发表在《能源与环境科学》杂志上。

  研究人员表示:“这项技术和我们的方法在按需合成肥料方面有巨大的潜力,并可能对发达国家和发展中国家的农业和能源部门,以及减少化石燃料产生的温室气体的努力产生巨大的影响。”

  氨是一个氮原子和三个氢原子的组合,是肥料和许多工业产品的关键化合物,如塑料和药品。目前从氮中制造氨的方法需要燃烧化石燃料产生的大量热量,以打破氮原子之间的强键,使它们能与氢结合。这个有百年历史的过程产生了全球温室气体排放的很大一部分,而温室气体排放是气候变化的驱动力。

  研究人员们开发了一种环保的方法,在水基溶液中通过带电的催化剂覆盖的筛网过滤纯氮气,从而制造氨。这个反应只使用了少量的化石燃料能量给屏幕通电,从而分解了氮原子,但它产生的氢气(80%)比氨(20%)多。

  现在,研究人员改进了这一概念,并开发了一种新方法,利用硝酸盐,最常见的地下水污染物之一,提供氮和阳光,使反应带电。该系统产生的氨气几乎为100%,氢气副反应几乎为零。该反应不需要化石燃料,也不产生二氧化碳或其他温室气体,而且太阳能的使用产生了前所未有的太阳能到燃料的效率,这比其他最先进的系统生产氨高出10倍。新的方法依赖于钴催化剂,研究人员在他们的论文中描述了新的过程,“在环境条件下,利用硝酸盐的太阳能驱动电化学合成氨,太阳能燃料效率为11%。”

  为了确定催化剂,研究人员首先应用计算理论来预测哪种金属效果最好。在通过这些模型识别出钴之后,研究小组对这种金属进行了实验,尝试不同的方法来优化它在反应中的活性。研究人员发现,氧化产生的粗糙钴表面最有利于产生选择性反应,这意味着它将几乎所有的硝酸盐分子转化为氨。

  “在太阳能系统中找到一种活性、选择性和稳定的催化剂,有力地证明了在工业规模上可持续地合成氨是可能的。反应本身是碳中性的,这对环境有好处,而且如果该系统被开发用于工业用途,它也可能对环境有几乎净负面的修复作用。”

  “使用废水硝酸盐意味着我们还必须去除地表和地下水中的污染物。随着时间的推移,百姓彩票这意味着这一过程可能同时有助于纠正工业废水和径流水,并重新平衡氮循环,特别是在农村地区,这些地区可能面临经济不利,或因过度暴露于硝酸盐而承担最大风险。”

  “我们都为这一成就感到激动,我们不会就此止步。我们希望很快就能有一个更大的原型,我们可以用它来测试更大的规模。”

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