Li介导氮气还原反应(Li-NRR)是有可能取代Haber-Bosch过程合成氨的绿色制氨技术,固体电解液界面(SEI)是Li-NRR过程高效和稳定的关键,因为SEI能够调控反应物的扩散,并且阻碍副反应。SEI的性质受到Li+离子溶剂化结构的显著影响,通过电解液工程能够调控SEI。虽然阴离子构成的SEI能够增强选择性和稳定性,但是通常需要高浓度的电解液,这面临着传质问题、粘性、成本问题。
有鉴于此,浦项科技大学(POSTECH) Kijung Yong、韩国科学技术院(KAIST) Dong-Hwa Seo等首次报道在Li-NRR过程引入局部高浓度电解液(LHCE)策略,通过反溶剂增强Li-阴离子配位,因此在低浓度电解液中形成阴离子型SEI。
当使用1,2,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(TTE)作为反溶剂,Li-NRR的合成氨法拉第效率达到73.6±2.5 %,是LCE(低浓度电解液)法拉第效率的2倍,比HCE(高浓度电解液)的效率更高(56.0±2.8 %)。
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系统的计算和实验分析结果说明LHCE电解液具有富含阴离子的溶剂化结构,而且形成了比较薄的无机SEI结构。此外,LHCE具有黏度低和N2溶解度高的优势,有助于传质。这项研究展示了LHCE是非常好的增强Li-NRR电解液工程策略。
参考文献
Hyeju Yun, Chaeeun Lim, Minjun Kwon, Dongmin Lee, Yongju Yun, Dong-Hwa Seo, Kijung Yong, Localized High-Concentration Electrolyte in Li-Mediated Nitrogen Reduction for Ammonia Synthesis, Adv. Mater. 2024
DOI: 10.1002/adma.202408280
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202408280