1. 研究目的与意义（文献综述）

氢能源是公认的高能量密度清洁能源。然而目前纯氢的生产成本较高，且其储存运输也存在着较大的问题。氨(NH₃)也是一种储氢材料，其能量密度是氢气的两倍，并且其更易储存。氨气极易液化，在常压下-33.5 ℃ 或者在常温下加压至700-800 MPa时便能液化，与氢气相比，其储存耗能更少，运输更安全。氨能源的使用完美的解决了氢能源不易储存与运输的问题^[1]。从很多方面来说，氨都是理想的能量来源，而其存在的问题是如何廉价，高效，绿色的制备氨。氮气在常温常压下还原为NH₃一直是人们研究的热点。然而，氮气分子是稳定和惰性的，具有很强的三键和低极化率^[2,3]。目前氨的主要来源是工业制氨，利用哈勃法在500 ℃，15-30 MPa，铁作为催化剂的条件下，氮气与氢气发生可逆反应生成氨气^[4]。由于工业制氨反应的特殊性，其原料的来源于经过多道工艺脱硫脱氮的天然气,这大大增加了温室气体的排放^[5]。但工业制氨对原料纯度要求高，对反应条件的苛刻，并会给生态环境造成严重影响。因此，虽然工业制氨是一种十分成熟，具有完整工业链的产氨方式，但仍需发展一种原料较为易得，污染小，排碳量少的制氨方法。此外，这种方法所制取的NH₃收率较低，转化率小于15%。寻找有效的方法来吸附和激活氮气仍然是一个巨大的挑战，常温常压电化学还原产氨(NRR)是一种可作为传统高温高压法补充的新型合成氨方法。其有着对环境要求较小，原料易得，装置便携的优势，最主要的是电化学产氨能在温和的条件下发生氮还原产出氨气^[6]。寻找一种高性能的催化材料是实现高效电化学产氨的关键,目前电化学还原氮气存在两个主要问题:(1)过电势大;(2)由于竞争性析氢反应(HER)的发生，尤其是在水溶液中，对产NH₃的法拉第效率(FE)较低^[7,8]，目前NRR催化的研究大部分侧重于探索不同材料对于NRR的催化活性，并没有成熟的理论与实验证明催化剂材料在NRR催化过程中的机理与作用。迄今为止，只有少量的电催化剂(Au^[9,10] ，Pt/C^[11] ，Ru^[12], Mo^[8])被报道用于将N₂还原为NH₃。然而，这些催化剂大多具有反应动力学慢、氮气吸附量低和还原活性低等特点，因此，设计具有选择性和高能效的电催化剂是实现低过电位下高法拉第效率和高氨合成的理想选择。

实验证明加入ZrO₂后可以有效的抑制竞争性的析氢反应，即使在低电位下也能有较高的法拉第效率，比其他已知金属催化剂相比性能更加优异^[13]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计思想

近年来的研究工作表明催化剂的粒径，形貌，不同的表面活性位点等对催化剂的催化活性与催化选择性有很大的影响^[14]。通过计算不同贵金属催化剂在nrr催化反应中需要的吉布斯自由能，贵金属金表现出较高的nrr理论催化活性^[15]。本次实验中我们选取金作为掺杂材料是由于其有如下几点优点

1众多贵金属中，只有au等少数贵金属具有较低的her活性。因此，基于au的贵金属催化剂可能是理想的nrr催化材料^[16,17]。

3. 研究计划与安排

第1-2周：查阅相关文献资料，确定方案，完成开题报告；

第3-14周：按研究方案开展实验，并结合实际情况进行优化和改进；

第15周：整理实验数据，完成并修改毕业论文；

4. 参考文献（12篇以上）

1. nano research, 2018. 11(6): 2992-3008.

2. honkala, k., hellman, a., remediakis, i.n.,logadottir, a., carlsson, a., dahl, s.,christensen, c.h., and norskov, j.k. (2005).ammonia synthesis from first-principlescalculations. science 307, 555–558.

3. li, h., shang, j., ai, z.h., and zhang, l.z. (2015).efficient visible light nitrogen fixation with biobr nanosheets of oxygen vacancies on the exposed {001} facets. j. am. chem. soc. 137,6393–6399.

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