Two‐Step Chemical Looping Cycle for Renewable NH3 Production Based on Non‐Catalytic Co3Mo3N/Co6Mo6N Reactions

材料科学 分析化学(期刊) 催化作用 核化学 化学 有机化学
作者
Nhu Pailes Nguyen,Shaspreet Kaur,H. Evan Bush,James E. Miller,Andrea Ambrosini,Peter G. Loutzenhiser
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (7) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/aenm.202302740
摘要

Abstract A two‐step solar thermochemical looping cycle based on Co 3 Mo 3 N/Co 6 Mo 6 N reduction/nitridation reactions offers a pathway for green NH 3 production that utilizes concentrated solar irradiation, H 2 O, and air as feedstocks. The NH 3 production cycle steps both derive process heat from concentrated solar irradiation and encompass 1) the reduction of Co 3 Mo 3 N in H 2 to Co 6 Mo 6 N and NH 3 ; and 2) nitridation of Co 6 Mo 6 N to Co 3 Mo 3 N with N 2 . Co 3 Mo 3 N reduction/nitridation reactions are examined at different H 2 and/or N 2 partial pressures and temperatures. NH 3 production is quantified in situ using liquid conductivity measurements coupled with mass spectrometry (MS). Solid‐state characterization is performed to identify a surface oxygen layer that necessitates the addition of H 2 during cycling to prevent surface oxidation by trace amounts of O 2 . H 2 concentrations of > 5% H 2 /Ar and temperatures >500 °C are required to reduce Co 3 Mo 3 N to Co 6 Mo 6 N and form NH 3 at 1 bar. Complete regeneration of Co 3 Mo 3 N from Co 6 Mo 6 N is achieved at conditions of 700 °C under 25–75% H 2 /N 2 . H 2 pressure‐swings are observed to increase NH 3 production during Co 3 Mo 3 N reduction. The results represent the first comprehensive characterization of and definitive non‐catalytic production of NH 3 via chemical looping with metal nitrides and provide insights for technology development.
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