Continuous-flow electrosynthesis of ammonia by nitrogen reduction and hydrogen oxidation

电合成 无机化学 化学 氨 氢 连续流动 氮气 氨生产 电化学 电极 有机化学 生化工程 工程类 物理化学
作者
Xianbiao Fu,Jakob Bruun Pedersen,Yuanyuan Zhou,Mattia Saccoccio,Shaofeng Li,Rokas Sažinas,Katja Li,Suzanne Zamany Andersen,Aoni Xu,Niklas H. Deissler,Jon Bjarke Valbæk Mygind,Chao Wei,Jakob Kibsgaard,Peter C. K. Vesborg,Jens K. Nørskov,Ib Chorkendorff
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:379 (6633): 707-712 被引量:628
标识
DOI:10.1126/science.adf4403
摘要

Ammonia is a critical component in fertilizers, pharmaceuticals, and fine chemicals and is an ideal, carbon-free fuel. Recently, lithium-mediated nitrogen reduction has proven to be a promising route for electrochemical ammonia synthesis at ambient conditions. In this work, we report a continuous-flow electrolyzer equipped with 25-square centimeter-effective area gas diffusion electrodes wherein nitrogen reduction is coupled with hydrogen oxidation. We show that the classical catalyst platinum is not stable for hydrogen oxidation in the organic electrolyte, but a platinum-gold alloy lowers the anode potential and avoids the decremental decomposition of the organic electrolyte. At optimal operating conditions, we achieve, at 1 bar, a faradaic efficiency for ammonia production of up to 61 ± 1% and an energy efficiency of 13 ± 1% at a current density of -6 milliamperes per square centimeter.
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