上世紀以來,合成氨工業(yè)的崛起為解決世界人口增長帶來的糧食危機問題帶來曙光。如今,80%的化肥都來自于合成氨工業(yè)（Haber-Bosch反應）。該反應過程耗能巨大,且排放大量CO₂。據(jù)統(tǒng)計,每年合成氨工業(yè)消耗的天然氣總量占全球總消耗量的3%,能源方面消耗量占世界總能耗的1%,溫室氣體排放量也高達世界總排放量的1%。因此,開展可持續(xù)發(fā)展的合成氨技術無疑成為21世紀科研界亟待解決的重大難題之一。眾多科研工作者嘗試改進催化劑并利用光催化、熱催化、電催化、光電催化等方式在溫和條件下合成氨。其中光催化和自然界光合成過程相似,都是利用太陽能在室溫光照條件下進行多相催化反應。本論文將光催化技術引入合成氨工藝,利用太陽能這種理想的綠色能源,可使H₂和N₂通過反應N₂（g）+3 H₂（g）→2 NH₃（g）在室溫條件下不加額外的熱能輸入獲得NH₃。主要研究內(nèi)容如下:第二章以RuCl₃水溶液為前驅體,二氧化鈦P25為載體制備不同質(zhì)量比... 

【文章來源】：西北大學陜西省 211工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

氮循環(huán)示意圖

第一章 緒論3圖 1.1 氮循環(huán)示意圖1.2 光催化的發(fā)展及原理1.2.1 光催化的發(fā)展光催化是將豐富、清潔、安全的太陽能轉化為可持續(xù)、無毒的化學能的過程。光催化劑吸收某特定波長的光后，受激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴，然后引發(fā)一系列的化學反應。自發(fā)現(xiàn) Honda-Fujishima 效應以來，多相光催化應用成為研究熱潮[39]。半導體氧化物被廣泛應用于光催化氧化有機物[40]、治理污染物、降解廢水等領域[41]。進入 90 年代，隨著納米技術的興起和光催化技術的迅速發(fā)展，納米量級的光催化劑在環(huán)境保護[42, 43]、衛(wèi)生保健[44]、有機合成[45]等多方面均有研究，成為國際最活躍的研究領域之一。典型的應用有水凈化、空氣凈化、殺菌能力等[46]。目前工業(yè)廢水難降解、毒性大，色澤深，嚴重危害了生態(tài)環(huán)境。光催化技術在降解這些有機廢水上具有獨特的優(yōu)勢。在光的照射下，將有機物氧化分解為二氧化碳、水及一些無機小分子，達到凈化水體、消除環(huán)境污染的目的。除凈化水外，也可凈化空氣中的有機污染氣體。大量新裝飾材料、家具、生活用品進入人們的家庭，在美化室內(nèi)環(huán)境的同時造成的空氣污染也日趨嚴重。室內(nèi)空氣污染物主要有甲醛、苯、甲苯等。2009 年，我國第一臺光催化型空氣凈化器國家超細粉末工程

圖 1.3 傳統(tǒng)氨合成示意圖1.3.2 新型氨合成方法光催化合成氨：利用太陽能將氮氣（N2）轉化為氨氣（NH3）。印度科學家 N.R.Dhar最早發(fā)現(xiàn)固氮反應能夠在太陽光照射下的土壤和沙漠發(fā)生[56]，通過分析土壤中的成分（包括 TiO2、ZnO、Fe2O3等）進一步探索這些金屬氧化物的固氮作用。1972 年，F(xiàn)ujishima課題組發(fā)現(xiàn) TiO2在電極上可以裂解水，這一發(fā)現(xiàn)將半導體催化劑帶入大眾視野并廣泛研究其光催化活性[39]。在催化氮還原反應中，斷裂 N≡N 三鍵需要-4.2 V（相對于標準氫電極）的電壓，該還原電位對絕大多數(shù)半導體來說都難以達到。為了克服這一限制，多電子還原過程在光催氮還原反應中更可行。反應過程如下：N2+ e →N2-(aq) 4.2 Vversus NHE（1）N2+ H++ e → N2H 3.2Vversus NHE（2）N2+ 2 H++ 2 e →N2H2 1.10Vversus NHE（3）N2+ 4 H++ 4 e →N2H4 0.36Vversus NHE（4）N2+ 5 H++ 4 e → N2H5+ 0.23 Vversus NHE（5）N2+ 6 H++ 6 e → 2 NH30.55 Vversus NHE（6）N2+ 8 H++ 8 e-→ N2H4++0.27 Vversus NHE（7）電催化合成氨：在常溫常壓條件下利用電化學方法將氮氣（N2）還原轉化為氨（NH3），是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ暮铣砂辈呗�。但是，由�?N≡N 高能非極性鍵和氮還原與氫析出強烈的競爭性，選擇具備良好活性和選擇性的催化劑是必要的[57, 58]。根據(jù)現(xiàn)階段實驗和理論計算的氮還原（NRR）數(shù)據(jù)


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