Plasma‐Electrocatalysis Cascade Synthesis of Deuterated Ammonia

氨生产 法拉第效率 催化作用 电催化剂 电解 材料科学 化学工程 化学 电化学 电解质 电极 物理化学 有机化学 原子物理学 工程类 物理
作者
Kaiwen Yang,Yanmei Huang,Runchao Qin,Qixing Wang,Shuhe Han,Bin Zhang,Yifu Yu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (46): e202515856-e202515856
标识
DOI:10.1002/anie.202515856
摘要

Abstract Deuterated ammonia (ND 3 ) exhibits growing market demand in the fields of chemical analysis, pharmaceutical industry and semiconductor manufacturing. Currently, industrial production of ND 3 relies on harsh conditions and complex processes, leading to high production cost and security risk. Herein, we propose a sustainable relay strategy to produce ND 3 by using air and deuterium oxide (D 2 O) as raw materials, including plasma‐driven air‐to‐NO x conversion and electrocatalytic NO x – ‐to‐ND 3 conversion. The insufficient supply of reactive deuterium (*D) leads to sluggish kinetics of electrocatalytic deuterium reaction. The well‐designed F modified cobalt (F–Co) catalyst exhibits a remarkable yield of 0.75 mmol h −1 cm −2 and a Faradaic efficiency of 80.43% for ND 3 at 200 mA cm −2 . The combined results of characterizations reveal that fluorine (F) atom can boost D 2 O dissociation and suppress competing deuterium evolution reaction, thereby providing abundant *D for deuteration reaction. Notably, a pilot‐scale demonstration system, consisting of non‐thermal plasma, flow electrolyzer, air stripping and ammonia absorber, is constructed to produce practicable ND 3 solution (2.8 wt%) with ∼21.45 mmol h −1 ND 3 production capability by using air and D 2 O as sources.
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