嗯灬啊灬把腿张开灬a片动漫,《美容室:特殊服务6》在线观看,欧美黑人少妇高潮喷水av片

成果簡介

近年來，金屬介導的氮氣（N₂）和氫氣（H₂）電化學轉化為氨（M-eNRRs）作為一種潛在的合成氨途徑受到了廣泛的關注。然而，哪些金屬應該用于介導M-eNRRs仍未得到解答。基于此，上海科技大學林柏霖副教授（通訊作者）等人比較了經典Haber-Bosch（H-B）過程和M-eNRRs過程的能量消耗。結果表明，當使用常用的金屬鋰（Li）和鈣（Ca）介導M-eNRRs時，即使假設100%的法拉第效率（FE）和零過電位，能量消耗也比H-B過程高出10倍以上。

從能量的角度來看，只有電池電壓不超過0.38 V的電合成才有可能與H-B過程相媲美。對元素周期表中其他金屬的進一步分析表明，從熱力學的角度來看，只有一些重金屬，包括In、Tl、Co、Ni、Ga、Mo、Sn、Pb、Fe、W、Ge、Re、Bi、Cu、Po、Tc、Ru、Rh、Ag、Hg、Pd、Ir、Pt和Au，可能比H-B過程消耗更少的能量，但它們是否能在環境條件下激活N₂還有待探索。本工作表明了利用熱力學分析對于開發一種創新的合成氨策略的重要性，其最終目標是大規模取代H-B過程。

圖文導讀

氨（NH₃）合成在化學工業中至關重要，主要用于生產氮肥、制冷劑和化學原料。目前，合成氨的主要工業路線包括兩個主要步驟：（1）天然氣基蒸汽甲烷重整（SMR）；（2）Haber-Bosch（H-B）工藝。第一步生產H₂作為第二步的原料，第二步在高溫高壓條件下（300-450 ℃，150-200 bar）將N₂和H₂結合生成NH₃。總能耗為28.0~32.6 GJ/t NH₃，其中H-B工藝能耗為3.9~6.5 GJ/t NH₃。通過優化催化劑、分離工藝和反應參數，總能源成本可能會降低到較低的水平，但熱力學極限估計在20.85-22.2 GJ/t NH₃之間。最近，在環境條件下Li或Ca介導的M-eNRRs取得了重大進展，但它是否有潛力實現比H-B工藝更低的能量成本還沒有答案。

圖1. H-B工藝和M-eNRRs工藝示意圖及可能的金屬

作者計算了已報道的M-eNRRs（M=Li、Ca）的能耗，發現它們的能耗比最先進的H-B工藝高27-500倍。即使假設M-eNRRs的能源效率達到100%，它們的能源成本仍然是H-B工藝的10倍以上。對整個元素周期表中幾乎所有金屬的分析表明，只有一些重金屬可能具有比H-B過程更低的能量成本（紅色標記的金屬）。

法拉第效率和電池電壓對M-eNRRs能量成本的影響，根據公式1計算：

U為電池電壓，F為法拉第常數，FE為法拉第效率，結果表明M-eNRRs的能量成本明顯高于H-B過程。

圖2.對比研究

具體而言，Li-eNRRs的能量成本在106.4-1971.8 GJ/t NH₃之間，Ca-eNRRs的能量成本在204.4-291.9 GJ/t NH₃之間。即使假設100%的法拉第效率和0 V的過電位（即熱力學極限），Li-eNRRs和Ca-eNRRs的能量成本分別為51.8 GJ/t NH₃和48.8 GJ/t NH₃，仍比最先進的H-B工藝高出10倍以上。

此外，作者還評估了其他金屬是否可以產生能量成本低于H-B工藝的M-eNRRs，分析了整個元素周期表中所有具有標準還原電位的金屬。在氫作為質子源的有機溶劑中，電池的平均理論電壓比在水中要大。有機溶液和水溶液之間的變異系數在3.3%到7.5%之間，表明對電池電壓的影響是可以容忍的。根據計算，只有當電池電壓不大于0.38 V時，M-eNRRs的能量消耗才有可能與H-B工藝媲美。一些重金屬，包括In、Tl、Co、Ni、Ga、Mo、Sn、Pb、Fe、W、Ge、Re、Bi、Cu、Po、Tc、Ru、Rh、Ag、Hg、Pd、Ir、Pt和Au，可能比H-B過程消耗更少的能量。

密度泛函理論（DFT）計算也表明，后過渡金屬在環境條件下激活氮的可能性很低。因此，解決反應性與高能量成本之間的矛盾是M-eNRRs面臨的關鍵挑戰。在環境條件下，固氮酶具有顯著的還原N₂的能力，包括一系列涉及電子和質子轉移的基本步驟，類似于電化學過程。值得注意的是，FeMo固氮酶的還原電位僅為-0.31 V，其催化核心由一團簇Fe、Mo和S組成。

水電解綠色H₂與H-B工藝耦合，也稱為綠色H-B工藝，已在全球范圍內大規模進行實踐。然而，盡管綠色工藝中氨本地化生產的運輸成本較低，但傳統的SMR路線仍具有顯著的成本優勢，主要歸因于水電解所涉及的高電力成本。此外，間歇性太陽能或風力發電產生氫氣的不穩定也導致設備利用率低，需要進一步的技術發展來推動綠色合成氨。

文獻信息

What Metals Should Be Used to Mediate Electrosynthesis of Ammonia from Nitrogen and Hydrogen from a Thermodynamic Standpoint? J. Am. Chem. Soc., 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c02754.

原創文章，作者：Gloria，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/04/16/2397788a4a/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

上科大最新JACS：從熱力學角度，應使用哪些金屬介導氮氣和氫氣電合成氨？

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

上科大最新JACS：從熱力學角度，應使用哪些金屬介導氮氣和氫氣電合成氨？

相關推薦

分享到：