基于负载型SBA-15催化剂的等离子体协同催化合成氨研究

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收稿日期：2024-04-07 修回日期：2024-05-14 接受日期：2024-05-16

DOI:10.20078/j.eep.20240602

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摘要：等离子体协同催化制氨展现出巨大的发展潜力,构建高效催化剂以提升等离子体与催化剂的协同作用是当前颇具挑战性的研究重点。通过对一系列负载型SBA-15催化剂(M/SBA-15,M=5Fe、5Co、5Ni、10Ni、15Ni)进行实验,探究等离子... 展开+

摘要：

等离子体协同催化制氨展现出巨大的发展潜力,构建高效催化剂以提升等离子体与催化剂的协同作用是当前颇具挑战性的研究重点。通过对一系列负载型SBA-15催化剂(M/SBA-15,M=5Fe、5Co、5Ni、10Ni、15Ni)进行实验,探究等离子体强化氨合成反应的过程。研究结果表明,相较于Fe和Co,Ni表现出更出色的氨合成能力;等离子体催化合成氨的浓度随Ni负载量的增加呈现先增加而减小的火山形曲线关系,当Ni负载量从5%提升至10%时,氨合成性能提升8.0%,进一步提升Ni负载量至15%时,性能则下降了3.3%。经活性筛选出的性能最优催化剂(10Ni/SBA-15)的放电表征发现,该填充配置下的放电更均匀且更稳定,电流簇的平均电流值更高,这促进产生了数量更为庞大的高能电子和激发态活性粒子参与氨合成,从而实现了更高的氨合成性能。运行稳定性测试显示,催化剂的活性在前180min内快速下降,随后基本维持不变,揭示了孔道结构对于等离子体催化合成氨反应的重要性。值得强调的是,在10Ni/SBA-15催化剂上实现了高达9927mg/m3的氨浓度和0.88g/(kW·h)的能量产率,与相关前沿研究相比拥有较强的竞争力,为等离子体催化合成氨领域的高效催化剂设计提供了新的见解。

收起-

作者：

陈金飞^1,2
杜学森^1,2,*
苏小军^1,2
李超凡^1,2
沈小强^1,2
胡陈龙^1,2

作者简介

第一作者：陈金飞(1998—),男,贵州遵义人,硕士研究生,主要研究方向为等离子体催化等。E-mail:392894664@qq.com
通讯作者：杜学森(1987—),男,浙江温州人,教授,主要研究方向为氢氨结合储能、等离子体催化能源转化和燃烧污染物控制领域。E-mail:xuesendu@cqu.edu.cn

单位

1. 重庆大学能源与动力工程学院,重庆 400044
2. 重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044

关键字

介质阻挡放电等离子体
催化剂
氨合成
SBA15
协同作用

基金项目

国家重点研发计划政府间国际科技创新合作专项(2021YFE0110800);国家自然科学基金资助项目(52176100)

引用格式

陈金飞, 杜学森, 苏小军, 等. 基于负载型SBA-15催化剂的等离子体协同催化合成氨研究[J]. 能源环境保护, 2025, 39(2): 151−160.

CHEN Jinfei, DU Xuesen, SU Xiaojun, et al. Research on Plasma-Synergized Catalytic Ammonia Synthesis Based on Supported SBA-15 Catalysts[J]. Energy Environmental Protection, 2025, 39(2): 151−160.

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