18级博士生蔡熙阳于国际知名期刊 EES 发表面向锂介导氮还原反应的膜电极设计相关研究

2023.06.30 6026

我所2018级博士生蔡熙阳在期刊国际能源环境领域期刊Energy & Environmental ScienceIF=39.714)上发表研究论文“Membrane electrode assembly design for lithium-mediated electrochemical nitrogen reduction”,展示了一种面向锂介导氮还原反应的膜电极设计。

氨作为一种重要的化工原料,与人类的生产生活关系密切相关。目前,工业上主要采用哈伯反应合成氨,但面临高能耗、高二氧化碳排放等问题。电化学框架下的锂介导氮气还原反应以电能为驱动力,使固氮反应得以在常温常压下发生,被认为是一种极具潜力的合成氨替代技术。然而,锂介导氮还原反应在迈向产业化前,依旧需要解决体系中氮气传质受限、电解池槽压过高等技术瓶颈。

针对上述问题,论文率先提出了一种基于聚合物电解质薄膜的膜电极结构,并将其成功应用于锂介导氮气还原反应。该膜电极以沉积锂的不锈钢作阴极,锂盐掺杂的聚氧化乙烯膜作电解质,载有铂碳颗粒的碳纸作阳极,经过压合形成“三合一”结构,并可与常规气体扩散电解池联用,显著提升氮气传质效率。由于膜电极的厚度仅为0.4 mm,其在提升装置紧凑性的同时显著降低了欧姆阻抗,并在5 mA cm-2的电流密度下,实现约0.25 V 低极化损失,显著优于已有文献的报道结果。该工作拓展了锂介导氮还原反应的研究思路,对下一代体系开发和电极/电解池设计具有指导作用。

 

 

 

【文章链接】

Cai X, Shadike Z, Cai X, et al. Membrane electrode assembly design for lithium-mediated electrochemical nitrogen reduction[J]. Energy & Environmental Science, 2023, 16(7): 3063-3073.

https://doi.org/10.1039/D3EE00026E