化学：電流からアンモニアへの変換効率がほぼ100％の窒素電解還元

アンモニア（NH₃）は、肥料工業や化学工業での使用に加え、現在は、炭素系燃料の潜在的代替品や再生可能エネルギーを世界各地に輸送するキャリアと見なされている。この見通しを実現するには、化石燃料を用いる既存のNH₃製造技術を、リチウムを介した電気化学的窒素還元反応などの、より単純で柔軟に拡張できる技術に転換する必要がある。これによって純粋に窒素（N₂）からNH₃への経路が得られるが、これは今のところ、限られた収率や低い効率によって阻まれている。今回我々は、この反応における電解質の役割を調べ、電極–電解質界面領域における密なイオン層形成によって可能になる高効率かつロバストなプロセスを提示する。この界面は、高濃度のイミド系リチウム塩電解質によって生じ、150 ± 20 nmol s⁻¹ cm⁻²という安定したNH₃収率と、100％に近い電流からNH₃への変換効率をもたらす。電極表面で形成されたイオン集合体によって、電解質分解が抑制され、安定したN₂還元が維持される。我々の研究結果は、リチウム媒介窒素還元反応の性能と電極–電解質界面の物理化学的特性の相互関係を浮き彫りにしている。我々は、今回の知見が、持続可能なNH₃製造のためのロバストな高性能プロセスの開発の指針になると期待する。

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