Characterisation and testing of novel electrodes and electrolytes for efficient N2 reduction

用于高效 N2 还原的新型电极和电解质的表征和测试

基本信息

  • 批准号:
    2253916
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2019 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The current method for ammonia production, the Haber-Bosch process, consumes >1% of fossil fuels and emits vast quantities of greenhouse gas. Electrochemical ammonia synthesis, powered by renewable energy, could provide a green solution. However, there exist many significant contamination sources, complicating quantitative proof of synthesis. Additionally, any catalyst active for nitrogen reduction will preferentially evolve hydrogen [1].This project will build on the recent first quantitative proof of ammonia synthesis using a lithium mediated route and an organic electrolyte [2]. The aim is to understand the role of the electrode and electrolyte using cutting-edge characterisation techniques translated from battery science. A magnetron sputter deposition chamber directly attached to a glove box will be used to grow highly reactive thin film electrodes. These can be quickly transferred to an electrochemical cell, minimising deleterious oxidisation. The glove box will contain a hypersensitive mass spectrometer to measure gas evolution in-situ, never used before for non-aqueous electrochemistry, and an infrared spectrometer to probe intermediates. These operando techniques will be complemented by various ex-situ characterisation methods, including secondary ion mass spectrometry, nuclear magnetic resonance spectroscopy, Raman spectroscopy and electrochemical atomic force microscopy. The emergent molecular-scale picture will elucidate pathways towards efficient electrochemical ammonia synthesis.[1] Nilsson, A. & Stephens, I. E. L. "Sustainable N2 reduction" in Research needs towards sustainable production of fuels and chemicals (eds J.K. Norskov, A. Latimer, & C. F. Dickens) 49 (Energy-X, Brussels, Belgium, 2019)[2] Andersen, S. Z., Colic, V., Yang, S., Schwalbe, J. A., Nielander, A. C., McEnaney, J. M., Enemark-Rasmussen, K., Baker, J. G., Singh, A. R., Rohr, B. A., Statt, M. J., Blair, S. J., Mezzavilla, S., Kibsgaard, J., Vesborg, P. C. K., Cargnello, M., Bent, S. F., Jaramillo, T. F., Stephens, I. E. L., Norskov, J. K. & Chorkendorff, I. Nature 570, 504, (2019)
目前的氨生产方法,即哈伯-博世工艺,消耗超过1%的化石燃料,并排放大量的温室气体。利用可再生能源的电化学氨合成技术可以提供一种绿色的解决方案。然而,存在许多重要的污染源,使合成的定量证明复杂化。此外,任何对氮还原具有活性的催化剂都将优先放出氢[1]。该项目将建立在最近首次使用锂介导路线和有机电解质合成氨的定量证据的基础上[2]。其目的是使用从电池科学转化而来的尖端表征技术来了解电极和电解质的作用。磁控溅射沉积室直接连接到手套箱将用于生长高活性薄膜电极。这些可以快速转移到电化学电池,最大限度地减少有害的氧化。手套箱将包含一个超灵敏质谱仪,用于原位测量气体析出,以前从未用于非水电化学,以及一个红外光谱仪,用于探测中间体。这些操作技术将得到各种非原位表征方法的补充,包括二次离子质谱法、核磁共振光谱法、拉曼光谱法和电化学原子力显微镜。新兴的分子尺度的图片将阐明有效的电化学氨合成的途径。[1]Nilsson,A. & Stephens,I. E. L.“可持续的N2减排”,载于《燃料和化学品可持续生产的研究需求》(J. K. Norskov,A. Latimer,& C. F.狄更斯)49(Energy-X,布鲁塞尔,比利时,2019)[2]安德森,S. Z.,Colic,V.,杨,S.,Schwalbe,J. A.,Nielander,A. C.的方法,McEnaney,J.M.,Enemark-Rasmussen,K.,贝克,J.G.,辛格A. R.,Rohr,B.一、Statt,M. J.,Blair,S. J.,Mezzavilla,S.,J.基布斯加德韦斯堡K.,Cargnello,M.,Bent,S. F.、哈拉米略T。F.、斯蒂芬斯岛E. L.,诺斯科夫<英>来华传教士。& Chorkendorff,I.自然570,504,(2019)

项目成果

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知道了