Фотоэлектрокаталитическое восстановление азота до аммиака: обзор перспективных материалов и дизайна поверхности

Аннотация

Аммиак необходим для производства удобрений, химикатов и перспективных безуглеродных энергетических систем, однако его традиционное производство основано на энергоемком процессе со значительными выбросами углекислого газа. Фотоэлектрокаталитическое восстановление азота стало перспективным методом устойчивого синтеза аммиака в мягких условиях, сочетающим поглощение солнечного света с электрохимическим воздействием для активации инертной молекулы азота. В данном обзоре рассматриваются последние достижения в этой области, с акцентом на разработку стабильных фотоанодов на основе диоксида титана и селективных фотокатодов, включающих оксид меди и двумерные дихалькогениды переходных металлов, такие как дисульфид молибдена и дисульфид вольфрама. Обсуждаются стратегии синтеза, методы изготовления, конфигурации ячеек, механизмы реакций и параметры производительности. Анализируются ключевые проблемы, включая высокий активационный барьер азота, конкурирующее выделение водорода и ограничения массопереноса азота, а также протоколы проверки и будущие направления для эффективного безуглеродного производства аммиака.