摘 要：以市售的铂负载气体扩散电极为阳极，以市售的铂·钌负载气体扩散电极和铂·钌负载碳粉制备的气体扩散电极为阴极，以硝酸根离子和氮气为氮源，电解合成氨。结果显示，在硝酸根离子电解中，硝酸根离子的最大处理电流效率达57%，但氨生成效率仅为3-5%左右。此时，随着pH值的增加，硝酸电解和氨生成量均提高，这意味着电极附近的氢离子浓度增加时，会优先生成氢气，从而抑制氨生成反应进行。使用氮气的电解也表现出同样的倾向。
关键字：电解还原、氨合成、气体扩散电极、氮还原、硝酸处理
1、研究背景
目前，氨通过Haber-Bosch法进行大量生产，年产超过1.7亿吨，广泛应用于各行各业。该方法使用空气中取之不尽的氮气与氢气直接反应来生成氨，但这种反应需要破坏氮原子的强三键；即使经过各种改进，目前仍然需要400～500℃的高温和100～300个大气压的高压等苛刻的反应条件。目前已经出现了有关氨及其相关化合物可以用作氢载体等研究成果，未来氨有望用于能源领域，因此降低氨的制造成本是当务之急。
作为解决方案之一，正在推进电解法的研究。目前主流的常压氨电解合成法采用LiCl-KCl-CsCl熔盐电解质和氧化物离子导体作为固体电解质，通过供给氮气的气体扩散电极合成氨。使用熔盐电解质的方法，常压下表现出90%以上的高电解效率，但该反应需要在600 K左右（≈327℃）下进行。虽然略低于Haber-Bosch法，但仍需要高温条件[1-3]。
此外，在低温下使用高分子固体电解质的方法也在研究中。已经有研究提出，可使用燃料电池等中的Nafion，在25～160℃合成氨[4-6]。另外，神户大学已经申请了使用金刚石电极以硝酸性氮含有液为氮源合成氨的专利[7]。
2、研究目的
东京工业大学的细野秀夫教授等人开发了一种钌改性C12A7电子化合物作为Haber-Bosch法中使用的催化剂，且阐明了通过钌向氮·氢分子提供电子并破坏氮原子三键的机制。因此，本研究主要探讨在用于直接甲醇型燃料电池的铂·钌负载气体扩散电极的电解合成中，该催化剂是否可以发挥相同的功能。假设通过向钌粒子表面提供电子作为电流，氮分子活化并结合在钌表面，同时氢离子在周围的铂粒子表面被还原生成活性吸附氢；处于活化状态的氮分子与活性吸附氢结合从而生成氨，研究人员对这一过程进行了研究。
3、研究方法
以市售的铂负载