中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的電催化CO2和硝酸鹽制甲胺機(jī)理研究獲進(jìn)展

近日,中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)在CO2和硝酸鹽C-N偶聯(lián)轉(zhuǎn)化為甲胺等高附加值產(chǎn)物的研究上取得進(jìn)展,揭示了CoPc-NH2催化劑上C-N偶聯(lián)生成甲胺的反應(yīng)機(jī)理。相關(guān)研究成果發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)·催化》雜志。

電催化NOx和CO2共還原不僅實(shí)現(xiàn)了含N和含C廢物的同時(shí)轉(zhuǎn)化,還通過(guò)C-N偶聯(lián)制備高附加值化學(xué)品,是一種綠色、可持續(xù)的物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化方式。

該研究團(tuán)隊(duì)基于自主開(kāi)發(fā)的圖論和反應(yīng)相圖分析算法,并結(jié)合動(dòng)力學(xué)能壘計(jì)算表明CoPc-NH2具有較高的甲胺活性,通過(guò)解吸的HCHO和NH2OH進(jìn)行C-N偶聯(lián)。發(fā)現(xiàn)C-N偶聯(lián)之后得到的中間體通過(guò)質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移(PCET)脫水過(guò)程進(jìn)行轉(zhuǎn)化,將比通過(guò)分子內(nèi)脫水轉(zhuǎn)化更有利于后續(xù)甲胺的生成。

該研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)微動(dòng)力學(xué)模擬得到電催化CO2和硝酸鹽共還原過(guò)程中幾種產(chǎn)物法拉第效率隨電壓變化的趨勢(shì),并提出增加C-N偶聯(lián)的兩個(gè)關(guān)鍵中間體的濃度和分壓有助于提高甲胺選擇性。

該研究從理論角度為甲胺的產(chǎn)生提供新的見(jiàn)解,可為催化劑或反應(yīng)器設(shè)計(jì)提供借鑒。