Nanoscale High-Entropy Materials for Electrocatalytic Nitrogen Cycling

Promovendus/a: Hele Guo

Promotor(en): Prof. dr. Johan Hofkens

Stikstofhoudende verbindingen zoals ammoniak en salpeterzuur zijn essentieel voor de productie van meststoffen, geneesmiddelen en vele industriële producten. Deze stoffen worden traditioneel vervaardigd via energie-intensieve industriële processen die grote hoeveelheden fossiele brandstoffen verbruiken en aanzienlijke hoeveelheden koolstofdioxide uitstoten. Dit proefschrift onderzoekt elektrokatalytische stikstofomzetting als een schoner en duurzamer alternatief dat elektriciteit uit hernieuwbare bronnen gebruikt om stikstofgas of nitraatverontreinigingen onder milde omstandigheden om te zetten in waardevolle chemicaliën. Het onderzoek richt zich op een nieuwe klasse katalysatoren, de zogenaamde high-entropy-materialen (HEMs), die meerdere metaalatomen bevatten die uniform op atomair niveau zijn gemengd. Hun unieke structuur biedt een uitstekende stabiliteit en afstembare elektronische eigenschappen, waardoor ze trage reacties kunnen versnellen en de selectiviteit verbeteren. Door nanoschaal-HEMs te ontwerpen, toont dit werk efficiënte katalytische systemen aan voor zowel de stikstofoxidatiereactie (NOR), die salpeterzuur produceert, als de nitraatreductie tot ammoniak (NRA). Over het geheel genomen biedt dit onderzoek nieuwe inzichten en praktische strategieën voor het ontwerpen van geavanceerde materialen die de chemische productie en milieusanering in de toekomst duurzamer kunnen maken.