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Nachhaltige Ammoniak‐Elektrosynthese Gekoppelt mit Glycerin‐Valorisierung Mittels Eines Adaptiven Dreikomponenten‐Katalysators

Year: 2026

Type: article

Abstract: ZUSAMMENFASSUNG Die elektrochemische Nitratreduktion stellt einen vielversprechenden Weg für die nachhaltige Ammoniakproduktion dar, doch ihre praktische Anwendung wird durch die begrenzte Effizienz aktueller Elektrokatalysatoren und noch unausgereifter Systemarchitekturen eingeschränkt. Hier berichten wir über einen universellen Dreikomponenten‐Tandem‐Elektrokatalysator aus Kupfer, Nickel und Wolfram, der mittels sequenzieller mikrowellen‐ und hydrothermaler Abscheidung hergestellt wurde. Unter gepulsten Elektrolysebedingungen liefert der Katalysator eine bemerkenswerte Faraday‐Effizienz von 97,1 % und eine Rekord‐Ammoniakausbeute von 43,87 mg h −1 cm −2 . Online Differential Elektrochemische Massenspektrometrie (DEMS) identifiziert wichtige Zwischenprodukte und damit verbundene Reaktionswege, während Berechnungen mittels Dichtefunktionaltheorie (DFT) die kooperativen Rollen der einzelnen Komponenten aufklären. Die Kupferkomponente erleichtert die Nitratadsorption und Desoxygenierung, die Nickelkomponente fördert die Wasserdissoziation für eine konstante *H‐Versorgung und die Wolframkomponente dient als dynamisches *H‐Reservoir. Diese Synergie unterdrückt effizient die Wasserstoffentwicklung und verbessert die Ammoniakselektivität. Darüber hinaus zeigt die Kopplung mit der Valorisierung von Glycerin (zu Ameisensäure) als anodische Reaktion das Potenzial für eine energieeffiziente Ammoniak‐Elektrosynthese. Insgesamt bietet diese Arbeit sowohl Designstrategien als auch ein mechanistisches Verständnis für Mehrkomponenten‐Tandem‐Elektrokatalysatoren der nächsten Generation, die auf fortschrittliche stickstoffbasierte chemische Synthesen abzielen.

Source: Angewandte Chemie

DOI: 10.1002/ange.202522014