Claims (24)
1. Способ производства аммиака, включающий:1. Method for the production of ammonia, including:
подачу N2 в электролитическую ячейку, которая содержит катод, анод, электролит и по меньшей мере один источник протонов;supplying N 2 to an electrolytic cell that contains a cathode, an anode, an electrolyte, and at least one source of protons;
обеспечение контакта N2 с электродной поверхностью катода в электролитической ячейке, при этом указанная электродная поверхность включает каталитическую поверхность, содержащую по меньшей мере один сульфид переходного металла; иproviding contact N 2 with the electrode surface of the cathode in the electrolytic cell, while the specified electrode surface includes a catalytic surface containing at least one transition metal sulfide; and
пропускание тока через указанную электролитическую ячейку, в результате чего азот реагирует с протонами с образованием аммиака.passing current through said electrolytic cell, whereby nitrogen reacts with protons to form ammonia.
2. Способ по п. 1, в котором катализатор включает один или несколько сульфидов переходного металла, выбранных из группы, состоящей из сульфида иттрия, сульфида скандия, сульфида циркония, сульфида титана, сульфида ванадия, сульфида хрома, сульфида ниобия, сульфида никеля, сульфида железа, сульфида марганца, сульфида кобальта, сульфида иридия, сульфида меди, сульфида осмия, сульфида рутения и сульфида родия.2. The process of claim 1 wherein the catalyst comprises one or more transition metal sulfides selected from the group consisting of yttrium sulfide, scandium sulfide, zirconium sulfide, titanium sulfide, vanadium sulfide, chromium sulfide, niobium sulfide, nickel sulfide, iron, manganese sulfide, cobalt sulfide, iridium sulfide, copper sulfide, osmium sulfide, ruthenium sulfide and rhodium sulfide.
3. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором каталитическая поверхность включает по меньшей мере одну поверхность, имеющую структуру галита, структуру NiAs-типа или структуру пирита.3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the catalytic surface includes at least one surface having a halite structure, a NiAs-type structure, or a pyrite structure.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором каталитическая поверхность включает по меньшей мере одну поверхность, имеющую грань (100) или грань (111).4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the catalytic surface includes at least one surface having an edge (100) or an edge (111).
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, где аммиак образуется в электролитической ячейке при потенциале электрода менее примерно -1,2 В, более предпочтительно менее примерно -0,6 В и даже более предпочтительно менее примерно -0,3 В с использованием обратимого водородного электрода (RHE) в качестве эталона.5. A method according to any one of the preceding claims, wherein ammonia is generated in the electrolytic cell at an electrode potential of less than about -1.2 V, more preferably less than about -0.6 V, and even more preferably less than about -0.3 V using a reversible hydrogen electrode (RHE) as a reference.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, где образуется менее 50% молей H2 по сравнению с образующимися молями NH3, и предпочтительно менее 20% и даже более предпочтительно менее 10%.6. A process according to any one of the preceding claims, wherein less than 50% moles of H 2 are formed compared to the moles of NH 3 formed, and preferably less than 20% and even more preferably less than 10%.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором указанная электролитическая ячейка содержит один или несколько электролитических растворов, которые предпочтительно являются водными электролитическими растворами.7. A method according to any one of the preceding claims, wherein said electrolytic cell contains one or more electrolytic solutions, which are preferably aqueous electrolytic solutions.
8. Способ по п. 7, в котором электролитическая ячейка включает жидкий электролит, выбранный из группы, состоящей из водного электролитического раствора, электролита, содержащего органический растворитель, предпочтительно органический растворитель, смешивающийся с водой, который смешан с водным электролитом.8. The method of claim 7, wherein the electrolytic cell comprises a liquid electrolyte selected from the group consisting of an aqueous electrolyte solution, an electrolyte containing an organic solvent, preferably a water-miscible organic solvent, which is mixed with an aqueous electrolyte.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, где источником протонов при образовании аммиака является расщепление воды на аноде или реакция окисления H2 на аноде.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the source of protons in the formation of ammonia is the splitting of water at the anode or the oxidation reaction of H 2 at the anode.
10. Способ по любому из предшествующих пунктов, где электролитическая ячейка содержит анод в одном отсеке ячейки и катод в другом отсеке ячейки.10. A method according to any one of the preceding claims, wherein the electrolytic cell comprises an anode in one compartment of the cell and a cathode in another compartment of the cell.
11. Способ по любому из предшествующих пунктов, который проводят при температуре в диапазоне от примерно 0°C до примерно 50°C, предпочтительно в диапазоне от примерно 10°C до примерно 40°C, более предпочтительно в диапазоне от примерно 20°C до примерно 30°C, даже более предпочтительно в диапазоне от примерно 20°C до примерно 25°C.11. The method according to any of the preceding claims, which is carried out at a temperature in the range from about 0°C to about 50°C, preferably in the range from about 10°C to about 40°C, more preferably in the range from about 20°C to about 30°C, even more preferably in the range from about 20°C to about 25°C.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, который проводят при атмосферном давлении.12. The method according to any one of the preceding claims, which is carried out at atmospheric pressure.
13. Способ по любому из пп. 1-11, который проводят при давлении в диапазоне от 1 до 30 атмосфер, предпочтительно в диапазоне от 1 до 20 атмосфер, предпочтительно в диапазоне от 1 до 10 атмосфер, более предпочтительно в диапазоне от 1 до 5 атмосфер.13. The method according to any one of paragraphs. 1-11, which is carried out at a pressure in the range of 1 to 30 atmospheres, preferably in the range of 1 to 20 atmospheres, preferably in the range of 1 to 10 atmospheres, more preferably in the range of 1 to 5 atmospheres.
14. Способ по любому из пп. 1-13, где указанная подача N2 в электролитическую ячейку включает подачу в электролитическую ячейку газообразного азота или воздуха или жидкости с растворенным азотом.14. The method according to any one of paragraphs. 1-13, wherein said supply of N 2 to the electrolytic cell comprises supplying nitrogen gas or air or liquid with dissolved nitrogen to the electrolytic cell.
15. Система для выработки аммиака, включающая по меньшей мере одну электрохимическую ячейку, содержащую по меньшей мере один катодный электрод, имеющий каталитическую поверхность, причем каталитическая поверхность включает по меньшей мере один катализатор, содержащий один или несколько сульфидов переходных металлов.15. An ammonia production system comprising at least one electrochemical cell containing at least one cathode electrode having a catalytic surface, the catalytic surface comprising at least one catalyst containing one or more transition metal sulfides.
16. Система по п. 15, в которой указанный один или несколько сульфидов переходного металла выбраны из группы, состоящей из сульфида иттрия, сульфида скандия, сульфида циркония, сульфида титана, сульфида ванадия, сульфида хрома, сульфида ниобия, сульфида никеля, сульфида железа, сульфида марганца, сульфида кобальта, сульфида иридия, сульфида меди, сульфида осмия, сульфида рутения, сульфида родия и их комбинаций.16. The system of claim 15 wherein said one or more transition metal sulfides are selected from the group consisting of yttrium sulfide, scandium sulfide, zirconium sulfide, titanium sulfide, vanadium sulfide, chromium sulfide, niobium sulfide, nickel sulfide, iron sulfide, manganese sulfide, cobalt sulfide, iridium sulfide, copper sulfide, osmium sulfide, ruthenium sulfide, rhodium sulfide, and combinations thereof.
17. Система по любому из пп. 15-16, в которой каталитическая поверхность включает по меньшей мере одну поверхность, имеющую структуру галита, структуру NiAs-типа или структуру пирита.17. The system according to any one of paragraphs. 15-16, wherein the catalytic surface includes at least one surface having a halite structure, a NiAs-type structure, or a pyrite structure.
18. Система по любому из пп. 15-17, в которой каталитическая поверхность включает по меньшей мере одну поверхность, имеющую грань (100) или грань (111).18. The system according to any one of paragraphs. 15-17, wherein the catalytic surface includes at least one surface having a (100) face or a (111) face.
19. Система по любому из пп. 15-18, в которой указанная электролитическая ячейка дополнительно содержит один или несколько электролитических растворов, предпочтительно кислотный, нейтральный или щелочной водный раствор.19. The system according to any one of paragraphs. 15-18, wherein said electrolytic cell further comprises one or more electrolytic solutions, preferably an acidic, neutral or alkaline aqueous solution.
20. Система по п. 19, в которой раствор электролита включает водный, смешивающийся с водой органический растворитель.20. The system of claim 19, wherein the electrolyte solution comprises an aqueous, water-miscible organic solvent.
21. Система по любому из пп. 15-20, в которой электролитическая ячейка содержит анод в одном отсеке ячейки и катод в другом отсеке ячейки.21. The system according to any one of paragraphs. 15-20, in which the electrolytic cell contains an anode in one compartment of the cell and a cathode in another compartment of the cell.