电化学合成氨研究进展

氨是化学工业中最高产量的化学品之一,在全球经济中占重要地位.传统的合成氨工艺是Haber-Bosch法,该方法具有工作压力高、能耗高、转化率低以及CO_2排放量大等缺点.氮气电化学还原合成氨可以在常压条件下进行,并可由可再生电力提供动力,被认为是最有希望的Haber-Bosch工艺替代方法之一.本文概述了高温(t500℃)、中温(100℃t500℃)和低温(t100℃)下电化学合成氨的研究工作进展,并对电化学合成氨的发展趋势进行了预测.     

“实例+问题”式教学法在工科物理化学教学中的应用

通过工程和生活实例,并采用提问的方式来引发学生对实际问题进行思考,然后教师引导学生对问题进行分析,引出要解决这些实际问题所需要掌握的理论知识,从而激发学生的求知欲,最后通过课堂讲解所需的物理化学理论知识,利用这些理论知识来阐明前面所提出的实际问题。这种教学法不仅很好地提高了物理化学课堂的教学效率,更重要的是培养了学生的实际应用能力。     

作图中的某些问题

探讨中学化学作图问题。一定条件下,2个变量间的特定关系用平面坐标系中的图形表示。通过几个具体实例,来讨论溶解度-温度关系,如何关注恒量、选好变量,如何关注复杂图形中的基本线段,如何把几张图形合并在一起,如何对线段作（顺势）外延,若过程涉及到多个（≥3）个变量如何作图等问题。     

阴极催化剂Sm1.5Sr0.5MO4 (M＝Ni, Co, Fe)在低温常压下合成氨

利用溶胶—凝胶法制备了复合氧化物Sm1.5Sr0.5MO4 (M＝Ni, Co, Fe)(SSM),并利用XRD和SEM等对样品进行表征。用Nafion膜作电解质、以SSM作为阴极、Ni-SDC金属陶瓷为阳极、银-铂网做集流体组成单电池,在温度为25℃～100℃的低温常压下以干燥氮气和湿的氢气为原料进行电化学合成氨气测定,同时研究了影响氨合成的关键因素,确定了合适的工作温度,实验结果表明,最高氨产率可达到1.05×10-8mol·s-1·cm-2。     

La 0.9 M 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3 -α的中温质子导电性及其在常压合成氨中的应用

采用水热沉淀法制备了La0.9M0.1Ga0.8Mg0.2O3-α (M＝Ca2＋, Sr2＋, Ba2＋)陶瓷样品的前驱体, 沉淀剂来自尿素在水热条件下的水解产物. 前驱体经煅烧和烧结后得到陶瓷样品. XRD显示样品具有单一的斜方晶LaGaO3钙钛矿结构. 同位素效应和氢的电化学透过(氢泵)实验证明陶瓷样品具有质子导电性. 用AC阻抗谱法测定了样品在300～600 ℃、氢气气氛中的质子电导率, 其大小取决于La位掺杂的碱土金属离子: σ(M＝Sr2＋)＞σ(M＝Ba2＋)＞σ(M＝Ca2＋). 以La0.9M0.1Ga0.8Mg0.2O3-α为固体电解质进行了常压合成氨, 最佳合成温度为520 ℃. 当施加的电流密度为1 mA•cm－2、合成温度为520 ℃时, 氨产率分别为: 1.63×10–9 mol•s－1•cm－2 (M＝Ca2＋), 2.53×10－9 mol•s－1•cm－2 (M＝Sr2＋)和2.04× 10－9 mol•s－1•cm－2 (M＝Ba2＋).     

以"N2分子的结构与性质"为例谈元素化学课堂教学的设计

以"N_2分子的结构与性质"为例说明元素化学课堂教学中的具体做法,教师引导学生复习化学键理论解释氮气分子结构与其化学性质之间的关系,组织学生以分组方式讨论光化学污染、工业合成氨等实际生产生活问题中的化学原理,由教师主讲化学模拟固氮的研究思路,而鼓励学生以报告形式展示热化学、电化学等氮活化科研课题的进展情况。     

不同氮源用于电催化合成氨的研究进展

氨是化肥生产和化学工业的重要原料,也是良好的无碳储能燃料.相比于工业应用上能耗大、转化率低的哈勃博施(Haber-Bosch)法,电催化合成氨的方法能够在温和条件下绿色高效地合成氨.本文综合评述了以氮气、硝酸根和一氧化氮作为不同氮源时电催化合成氨的反应机理,并结合不同氮源的特点分析了各自的研究进展与优势,分别讨论了氮气难以溶解在水中被吸附和活化、硝酸盐还原元素价态跨度大难以控制中间体和反应路径及一氧化氮体系复杂、水溶液中析氢副反应难以控制等问题,总结了运用不同策略开发高活性、高稳定性催化剂以提高反应效率和选择性、优化反应装置以减小传质影响、选用不同电解质体系改善反应过程等解决思路.最后,对不同氮源电催化合成氨的未来发展趋势和应用前景进行了展望.     

常温常压流光放电合成NH3

在常温常压条件下，应用超强窄脉冲电场在整个反应器内产生的强烈流光主电，将Ｎ２，Ｈ２电离、离解，产生大量的自由原子、离子、自由基等，在定向化学合成反应模型的控制下合成ＮＨ３，其浓度可达３７００ｍｇ／ｍ＾３。     

合成氨反应动力学平衡常数与热力学平衡常数的关系

根据当前普遍被接受的氨合成和氨分解机理,明确了氨合成及分解反应的速度控制步骤,确定了氨合成和氨分解反应的动力学方程,进而导出合成氨反应的动力学平衡常数表达式,与热力学平衡常数进行了比较,明确了2者之间的关系。有助于理解合成氨热力学平衡常数与反应速率的关系。     

K促进的Fe/椰壳炭催化剂对甲烷氮气常压合成氨性能的影响

采用等体积浸渍法制备了一系列催化剂用于甲烷氮气常压合成氨反应.对Si O2、γ-Al2O3、煤质柱状炭、椰壳活性炭为载体的Fe基催化剂的活性评价结果显示椰壳炭载体最优;通过对Zr、Ce、K等多种助剂的筛选,发现K促进的Fe基催化剂氨生成速率最高.利用XRD、SEM、BET等手段对载体和催化剂进行表征,结果表明椰壳炭具有规则孔道且孔容增大,催化剂还原后有新晶相KFe O2生成.最后在固定床微分反应器中,考察了常压合成氨催化剂的负载顺序及最优工况.结果表明,在常压700℃、VCH4/VN2=2/1、空速为2 800 m L/h时,催化剂3%K-5%Fe/椰壳炭的氨生成速率最高可达1.04×10-6mol·g-1·s-1,是现有文献值的83.5倍,将具有深远的工业应用前景.