董国文,陈 飘,任国平,王 超,金曙光,叶 捷*,周顺桂

碳化硼促进A1501电催化固氮产氨及机制

董国文1,2,陈 飘1,任国平1,王 超1,金曙光3,叶 捷1*,周顺桂1

(1.福建农林大学资源与环境学院,福建省土壤健康与调查重点实验室,福建 福州 350002；2.三明学院资源与化工学院,福建 三明 365004；3.中国科学院生态环境研究中心,北京 100085)

以() A1501为模式固氮菌株、碳化硼(B4C)为典型电子传递载体构建电催化氮还原体系,探究B4C添加对该体系固氮产氨性能的影响.结果表明,B4C能够显著提高A1501介导的电催化氮还原体系的产氨性能.在0.4g/L投加量条件下,900℃煅烧温度下制备的B4C(B4C900)的添加能够使电催化体系氨累积量提高117%,这是由于B4C900表面丰富的活化位点能够促进N2吸附与活化.此外,电化学和光谱学谱图表明,B4C900的添加不仅能够促使A1501分泌更多的氧化还原活性物质,而且驱动高活性阴极生物膜的形成,进而强化电极电子的长距离传递及利用.

A1501；B4C；电催化；生物固氮

氮是构成生物的最主要元素之一,其在自然界中主要以氮气(N2)的形式存在[1].由于N2键能较高、活化困难,只有将N2有效转化为氨时,才能被生物体有效吸收和利用,因此固氮产氨过程在生物地球化学循环中起着至关重要的作用[2].传统的Haber- Bosch工艺能够利用铁基催化剂将空气中游离的氮转化为氨,但是该过程存在反应条件苛刻(105.1× 105～303×105Pa,300～550℃)、能耗高(14kW×h/kg NH3)、产生大量温室气体等问题[3].为克服Haber- Bosch工艺存在的缺陷,有研究学者以钼、铁、钴基过渡金属络合物作为催化剂驱动温和条件下的固氮产……