一个基于泡的新型微反应器,用于增强质量转移动力学,以实现高效的电催化减少
Hengyuan Liu1, Yingzhe Liu1, Xude Yu1
1The State Key Laboratory of Chemical Engineering, Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084, P. R. China.
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
|November 22, 2023
概括
一种基于泡的新型微反应器增强了电催化降解反应 (eNRR) 以实现可持续的氨生产. 这种微流体策略通过改善质量转移,显著提高了氨产量.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 电催化降解反应 (eNRR) 对于可持续的氨合成至关重要.
- 改善 (N2) 质量转移是ENRR的一个关键挑战,因为N2的溶解度和扩散率很低.
- 目前的eNRR研究主要集中在电催化剂开发上,往往忽视了质量转移的限制.
研究的目的:
- 开发一种新的基于泡的微反应器 (BBMR),以提高ENRR的质量转移.
- 调查微流体策略对eNRR性能的影响.
- 通过优化质量转移动态来证明改善氨产量.
主要方法:
- 使用微流体原理设计和制造基于气泡的微反应器 (BBMR).
- 在BBMR中使用Ag纳米粒子,Ru/C和Fe/g-CN催化剂对eNRR性能进行实验性调查.
- 计算模拟来分析质量转移行为并验证实验结果.
- 与传统的H细胞配置相比,BBMR性能的比较.
主要成果:
- 由于丰富的三相接口和空间限制,BBMR显示了显著增强的质量转移动态.
- 在BBMR中使用Ag纳米粒子的氨产量增加到31.35μg h-1 mg-1cat,与H细胞相比,产量翻了一番.
- 在BBMR中使用Ru/C (5.0倍增加) 和Fe/g-CN (8.5倍增加) 催化剂观察到氨产量的大幅改善.
- 实验和模拟研究证实了BBMR对质量转移和eNRR性能的积极影响.
结论:
- 质量转移是影响电催化降解反应效率的关键因素.
- 开发的基于气泡的微反应器 (BBMR) 有效地克服了ENRR中的质量转移限制.
- 这种微流体方法为通过改进反应堆设计增强可持续氨生产提供了一个有希望的策略.
