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科研进展

深圳先进院成功开发面向高效固氮的黑磷光电极

时间:2020-05-07  来源:质料所(筹)质料界面研究主题 王佳宏 文本大小:【 |  | 】  【打印

  近日,太阳集团娱乐网址8722质料所(筹)质料界面研究主题王佳宏、喻学锋等在常温常压高效固氮区域取得新进展,开发出具有优异的光电协同固氮合成氨性能的黑磷光电极。相关work以"Photoelectrochemical Synthesis of Ammonia with Black Phosphorus"(黑磷的光电化学合成氨研究)为题发表于质料区域权威期刊Advanced Function MaterialsDOI:10.1002/adfm.202002731,影响因子15.621),并被选为杂志封底易于 事。王佳宏副研究员和喻学锋研究员是该文通讯作者,刘丹妮助理研究员是该文第一作者。 

  氨是工农业生产中要紧的化学原料,也是一种新型的富氢能源载体。目上氨的合成主要通过Haber-Bosch法在 摄氏高压下(350-550,150-350 atm)进行,耗能较高并伴随着大量的温室气体排放。易于 ,Green环保的以氮气和水为原料的常温常压固氮合成氨 技术实现 获得了广泛关注。融合了电催化和光催化过程的光电化学 技术实现 则为常温常压固氮合成氨供给一个更好高效的 技术实现 平台。黑磷作为一种二维直接带隙半导体,具有光响应范围广、载流子迁移率高、边缘活性位点丰富、和氢吸附较弱等众多优点,在光电协同固氮合成氨关键展现出极大的潜力。 

  本项研究中,课题组将电化学插层剥离得到的高质料黑磷微片通过一种新型的旋涂-快蒸 技术实现 在导电基底上组装成固氮光电极。在氮气饱和的酸性电解液中,黑磷表现出较好的电催化固氮合成氨性能(24.1 μg/h/mgcat,法拉第效率5.5百分比)。而在光电协同感化下,黑磷光电极的产氨率和法拉第效率均有大幅提升,分别达到102.4 μg/h/mgcat23.3百分比,是同类非金属固氮催化剂中获得的最好纪录。研究TEAM在进一步研究中,通过定量同位素标记验证了氮圆素来源、排除了杂质干扰;通过光电化学Mott-Schottky谱研究证明光激发提升了黑磷光电极的平带电位、促进了电极表面的电化学过程;易于 得出,反应系统中的阴极电场和惰性环境也有助于界面电荷分离、能有效保护黑磷光电极免于氧化,使其在光电固氮过程中呈现出良好的稳定性。 

  本研究work揭示了黑磷优异光电固氮性能及机理拓展了黑磷在异相催化区域的应用;光电协同催化呈现的一加一大于二的成果也为常温常压固氮合成氨的发展供给了新思路。该研究work得到了国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院上沿科学细节研究计划等porject的支持。 

  论文链接

左图:(a) 黑磷光电极制备流程示意图,(b) 常温常压光电固氮装置示意图,(c) 黑磷光电极光电固氮原理示意图,(d) 不同电位下电催化和光电催化电流密度图,(e) 黑磷光电固氮性能数据图。右图:黑磷光电极固氮过程示意图。 

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