Electrocatalytic reduction of NOx to NH3 using H2O as a proton source

使用 H2O 作为质子源将 NOx 电催化还原为 NH3

• 批准号: 22K14541
• 负责人: 井口 翔之
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14541/
• 关键词: アンモニア; 窒素酸化物; 電解還元; SPE電解

本研究は，窒素分子を経由しない窒素循環（アンモニアの利活用）を実現するために，窒素酸化物を直接アンモニアへ還元する電解反応系の構築を目的としている．室温で駆動する電解反応により窒素酸化物を活性化し，選択的にアンモニアに還元するためには，競争する反応を抑制できる適切な電解系およびカソード触媒の開発が必要である．本研究の開始当初は，ナフィオン（Nafion）膜，アノード，カソードを一体化した膜－電極接合体を用いた固体高分子電解質型（SPE型）電解によるアンモニア合成を検討した．Pt，Ir，Ruなどの貴金属をカーボンブラック担体に担持したカソード触媒を用いて，カソード室に一酸化二窒素（N2O）の希釈ガスを供給し，カソード電位を一定に保つ定電位電解を行った．その結果，N2Oが反応で消費されている様子は確認できるものの，アンモニアの生成量は痕跡程度であった．消費されたN2Oの大部分は窒素（N2）に還元されていると考えられ，アンモニアが生成しているとしても強酸性のNafion膜に吸収されてしまうと考えられる．続いて，水酸化カリウム（KOH）水溶液を電解質として用いてアルカリ系の電解系を検討した．遷移金属元素を中心にもつ錯体をカソード触媒として用い，カソード室に一酸化窒素（NO）の希釈ガスを供給し，カソード電位を一定に保つ定電位電解を行った．その結果，カソードが接触するKOH電解液中にアンモニアが生成することを見出した．呈色紙による簡易的な定量によると，アンモニア生成量は，電解液150mL中に最大でも10mg/L以下であった．

这项研究旨在构建一个直接将氮氧化物降低至氨的电解反应系统，以实现不通过氮分子的氮循环（利用氨）。为了通过在室温下驱动的电解反应来激活氮氧化物并选择性地将其降低至氨，有必要开发适当的电解系统和阴极催化剂，以抑制竞争反应。在这项研究的开头，研究了使用膜 - 电极组件进行固体聚合物电解质类型（SPE类型）电解的氨合成，该膜 - 电极组件研究了整合Nafion膜，阳极和cathodes。使用阴极催化剂，在碳黑色支架上支持贵族金属（例如PT，IR和RU），将一氧化二氧化物（N2O）的稀释气体提供给阴极室，并进行恒定的电位电解以保持阴极电位恒定。结果，尽管可以看出N2O在反应中被消耗掉，但产生的氨的量只是痕迹。人们认为，大多数消耗的N2O都将减少为氮（N2），即使产生了氨，也认为它将被强酸性的Nafion膜吸收。接下来，使用氢氧化钾（KOH）溶液作为电解质研究了碱性电解系统。使用了带有过渡金属元件的复合物作为阴极催化剂，并向阴极室提供一氧化氮（NO）的稀释气体，并进行了恒定的电势电解，以使阴极电位保持恒定。结果，我们发现在接触阴极的KOH电解质中形成了氨。根据使用彩色纸的简单定量，在150毫升电解质中，氨的生产量最多为10 mg/L。