尊龙凯时人生就是搏气液性质测定仪利用案例：高效电催化氮气还原合成氨

2023年颁发于《Energy Adva

　更新功夫：2026-01-23　点击量：702

2023年颁发于《Energy Advances》的文件《Efficient N2 electroreduction to ammonia in an isopropanol–PBS electrolyte using NiFe2O4 in situ grown on nickel foam》,针对电化学氮气还原反映（ENRR）合成氨过程中的两大难题，通过电解液系统创新和非贵金属催化剂设计的协同优化，实现常温常压下高效电催化氮气还原合成氨，并对催化机能及反映机理进行了钻研和探求。尊龙凯时人生就是搏的全自动气液性质测定仪在尝试中用于常温常压下测定氮气在分歧电解液中的溶化度，以验证异丙醇对氮气溶化度的提升成效。

全自动气液性质测定仪

该平台基于Tube-in-tube微反映器，能够在秒级实显禅液平衡，通过在线流动方式实显禅液性质的急剧测定，系统里含有节造软件，能够实现丈量过程温度，压力，液体流快和气体流快的自动纪录和保留，工作模式分为“拟稳态"和“非稳态"两种模式，有关流动推算模型已经集成到软件中，拟稳态能够测定通例气体在液体中溶化度，扩散系数和反映动力学，“非稳态" 能够急剧测定气体在液体中的扩散系数，尤其适合离子液体这些高粘度系统。

01系统组成：

仪器由高精度气体流量计、高压注射泵、Tube-in-tube微反映器、背压阀及系统治理软件组成。

02高压注射泵:

选取双注射陆续高压注射泵，针对一些粘性较大溶液，仍能够提供不变的供液。

03微反映器:

选取特殊资料膜结构反映器，能够在10~30 s内实显禅液平衡,通过流动方式实显禅液性质的急剧测定。

04职能实现:

内置流动推算模型，可急剧推算气体在液体中溶化度，扩散系数和反映动力学。

钻研亮点及意思

本钻研从电解液和催化剂两个角度进行创新。将异丙醇与含钾盐的磷酸盐缓冲溶液（PBS）结合构建成双组分电解液系统，协同解决氮气溶化度低和析氢反映滋扰问题，规划单一可行。原位水热法造备的 NiFe2O4/NF 纳米阵列，造备工艺绿色高效，且突破了传统非贵金属催化剂机能欠安的瓶颈。

为 ENRR 系统的电解液设计提供了新方向，证实醇类与缓冲溶液的复合系统在提升气体溶化度和抑造竞争反映方面的潜力，为 ENRR 领域的钻研及人为固氮提供了新的思路。

导图

尝试步骤

>>>>试剂与化学品

尝试使用了高纯度气体（N?、Ar）作为；て蚍从称，并采购了蕴含无水乙醇、丙酮、各类钾/钠盐、含铁/氮化合物（含同位素象征物??NH?Cl）、有机酸/醛及尺度溶液在内的多种分析纯及以上纯度的试剂。

>>>>催化剂造备方式

以泡沫镍（NF）为基底，通过水热法原位成长 NiFe?O?纳米阵列，造备 NiFe?O?/NF 复合电极，预防使用粘结剂对催化机能的滋扰，且催化剂不含氮元素，排除自身还原天生氨的滋扰。

>>>>测试、表征与推算

电化学测试：选取三电极系统（NiFe?O?/NF 为工作电极、铂片为对电极、鼓和甘汞电极为参比电极），通过线性扫描伏安法（LSV）、恒电位电解、电化学阻抗谱（EIS）、双电层电容（Cdl）测试等评估催化机能；选取靛酚蓝法和 Watt-Chrisp 法别离检测氨和肼的天生。

资料表征：选取扫描/透射电镜分析纳米阵列微观描摹，通过X射线光电子能谱、能谱mapping、X射线衍射、拉曼光谱、紫表-可见吸收光谱等多沉伎俩系统表征样品的元素组成、化学态、晶体结构及光学性质。使用尊龙凯时人生就是搏的全自动气液性质测定仪丈量氮气溶化度。

理论推算：选取密度泛函理论（DFT），基于 VASP 软件包，构建 NiFe?O?（311）晶面的氮气吸附模型，推算分歧反映蹊径的自由能变动，揭示反映机理。

尝试了局

氮气溶化度：气液性质测定仪基于聚四氟乙烯 AF-2400 半透膜构建的管中管反映器设计，无需气液直接接触即可急剧实现液体鼓和。该反映器通过平衡流入反映系统的气体和液体稳态流量，可在 2-5 分钟内原位急剧丈量气体在液体中的溶化度。常温常压下，氮气在异丙醇中的溶化度约为 0.038 mol，是水溶液中的十倍以上，为电催化氮气还原反映（ENRR）提供充足原料。

资料结构个性：NiFe?O?以六边形纳米片大局均匀成长在泡沫镍表表，重要露出（311）活性晶面，且 Fe、Ni、O 元素散布均匀，Ni 与 Fe 原子比约为 1:2，表表同时存在 Fe??和 Fe??阳离子。

催化机能：在常温常压下，NiFe?O?/NF催化剂在电催化氮还原反映中展示出优异的机能。氨产率达 1.1 μg h?? cm??，法拉第效能（FE）达 31.4%，显著优于纯 PBS 电解液系统和裸NF电极等对照组。同时，催化剂在10幼时恒电位及5次循环测试后，活性与结构维持不变，证了然其耐久性优良。

理论推算：通过DFT推算仿照NiFe?O?(311)晶面上的氮还原反映蹊径，了局批注：该系统下ENRR的决快步为 N≡N 键的质子化断裂（*N?→*NNH），ΔG = 0.497 eV。对比两种加氢蹊径，交替蹊径因后续步骤能垒更高（总能量高0.53 eV）且易天生副产品肼，在热力学上不利。结合尝试中未检测到肼的了局，证实ENRR在该系统中遵循远端蹊径。

钻研结论

本钻研发现，氮气在异丙醇中的溶化度远高于其在水溶液中的溶化度，有利于 ENRR 过程中氮气分子在催化剂表表的吸附。此表，钾离子（K?）能有效抑造析氢反映。

选取异丙醇 - 磷酸盐缓冲溶液双组分电解液和 NiFe?O?/NF 电极，在常温常压下进行 ENRR，最终获得了较高的氨产率和法拉第效能。铁掺杂后的产率和效能远高于泡沫镍，进一步证实铁的存在至关沉要。

通过 DFT 推算构建了氮气在 NiFe?O?（311）晶面上的吸附模型，推算了两种分歧蹊径的自由能变动，最终确定 ENRR 遵循远端蹊径。

本钻研提供了一种高效、清洁且廉价的合成氨路线，为人为固氮提供了新的思路。

重要图表

图 1 分歧溶液中氮气的溶化度