德克萨斯A&M大学的米歇尔·雷维斯 (a)合成Ti2NTx MXene的示意图，通过在流动氩气下在550℃下对母体MAX相Ti2AlN进行氧辅助熔融盐氟化物处理5小时，然后暴露于空气中，接着在4 M H2SO4中去除氟化物盐，最后通过在水中超声处理4小时完成分层
模型不是基于收集的数据，只是作为一般准则
(b) MAX相，(c)酸洗后的多层Ti2N MXene，和(d)在水中分层后获得的单层MXene的实验室照片
(e)ti 2 AlN MAX相(黑色轮廓)、熔融盐处理的MAX相(蓝色轮廓)、多层Ti2N MXene(紫色轮廓)和少数层Ti2N MXene(红色轮廓)的SEM图像
单个MXene薄片的横向尺寸大约为5微米
Ti2AlN MAX相(黑色)和单层Ti2N MXene(红色)的(f) XRD、(g)拉曼和(h)UV-Vis光谱
使用具有孔的零衍射硅板收集XRD
使用532 nm激光以5%的功率在1秒的曝光时间收集拉曼光谱
使用水作为基质收集紫外-可见光谱
信用:科学报告(2022)
多伊:10
1038/s41598-021-04640-7 氨通常用于肥料中，因为它是商业肥料中含氮量最高的一种，对作物生产至关重要
然而，每产生一个氨分子，就会产生两个二氧化碳分子，导致大气中二氧化碳过剩
德克萨斯A&M大学化学工程系的阿蒂·麦克费林博士
助理教授Abdoulaye Djire和研究生Denis Johnson进一步发展了一种通过电化学过程生产氨的方法，有助于减少碳排放
这项研究旨在用一种对环境更可持续、更安全的电化学工艺取代哈伯-博世热化学工艺
研究人员最近在科学报告中发表了他们的发现
自20世纪初以来，哈伯-博施法一直用于生产氨
这个过程是通过大气中的氮气和氢气反应来实现的
哈伯-博世工艺的缺点是它需要高压和高温，留下大量的能源足迹
该方法还需要来自不可再生资源的氢气原料
这是不可持续的，并且对环境有负面影响，加速了对新的和环境友好的工艺的需求
研究人员提出利用电化学氮还原反应(NRR)从大气氮和水中产生氨
使用电化学方法的好处包括使用水提供质子和在环境温度和压力下产生氨的能力
与哈伯-博世工艺相比，这种工艺可能需要更少的能量，成本更低，对环境更友好
NRR通过使用电催化剂工作
为了使这个过程成功，氮必须结合到表面并分解产生氨
在这项研究中，研究人员使用MXene，一种氮化钛，作为电催化剂
这种催化剂与其他催化剂的不同之处在于，氮已经存在于其结构中，从而可以更有效地生成氨
“氨更容易形成，因为质子可以附着在结构中的氮上，形成氨，然后氨会离开结构，”约翰逊说
“在结构上开了一个洞，可以把氮气吸进去，把三键分开
" 研究人员发现，使用氮化钛会诱导一种火星-范·克雷维伦机制，这是一种常见的碳氢化合物氧化机制
该机理遵循较低的能量途径，由于来自氮化钛催化剂的氮，该途径将允许较高的氨生产率和选择性
在不改变材料的情况下，研究人员达到了20%的选择性，这是所需产物与不需要产物的比率
他们的方法有可能通过修改达到更高的选择性百分比，从而通过电化学过程打造出一条生产氨的新途径
“能源部设定了60%的选择性目标，这是一个很难达到的数字，”约翰逊说
“使用我们的材料，我们能够达到20%,展示了一种我们可能能够利用的方法
如果我们升级我们的材料，我们能很快达到60%吗？这是我们将继续努力回答的问题
" 这项研究有可能在更大范围内减少碳足迹和全球能源使用
“在未来，这可能是一项重大的科学改革，”Djire说
“世界总能量的大约2%用于氨生产
减少这个巨大的数字将大大减少我们的碳足迹和能源消耗
" 该出版物的其他撰稿人有来自德克萨斯A&M化学工程系的Eric Kelley，来自奥本大学的Brock Hunter，以及来自A&M草原景观大学的Jevaun Christie和Cullan King
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