elib
DLR-Header
DLR-Logo -> http://www.dlr.de
DLR Portal Home | Impressum | Datenschutz | Kontakt | English
Schriftgröße: [-] Text [+]

A sustainable CVD approach for ZrN as a potential catalyst for nitrogen reduction reaction

Glauber, Jean-Pierre und Lorenz, Julian und Liu, Ji und Müller, Björn und Bragulla, Sebastian und Kostka, Aleksander und Rogalla, Detlef und Wark, Michael und Nolan, Michael und Harms, Corinna und Devi, Anjana (2024) A sustainable CVD approach for ZrN as a potential catalyst for nitrogen reduction reaction. Dalton Transactions, 53, Seiten 15451-15464. Royal Society of Chemistry. doi: 10.1039/D4DT01252F. ISSN 1477-9226.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
8MB

Kurzfassung

In pursuit of developing alternatives for the highly polluting Haber–Bosch process for ammonia synthesis, the electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) using transition metal nitrides such as zirconium mononitride (ZrN) has been identified as a potential pathway for ammonia synthesis. In particular, specific facets of ZrN have been theoretically described as potentially active and selective for NRR. Major obstacles that need to be addressed include the synthesis of tailored catalyst materials that can activate the inert dinitrogen bond while suppressing hydrogen evolution reaction (HER) and not degrading during electrocatalysis. To tackle these challenges, a comprehensive understanding of the influence of the catalyst's structure, composition, and morphology on the NRR activity is required. This motivates the use of metal–organic chemical vapor deposition (MOCVD) as the material synthesis route as it enables catalyst nanoengineering by tailoring the process parameters. Herein, we report the fabrication of oriented and facetted crystalline ZrN thin films employing a single source precursor (SSP) MOCVD approach on silicon and glassy carbon (GC) substrates. First principles density functional theory (DFT) simulations elucidated the preferred decomposition pathway of SSP, whereas ab initio molecular dynamics simulations show that ZrN at room temperature undergoes surface oxidation with ambient O2, yielding a Zr–O–N film, which is consistent with compositional analysis using Rutherford backscattering spectrometry (RBS) in combination with nuclear reaction analysis (NRA) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) depth profiling. Proof-of-principle electrochemical experiments demonstrated the applicability of the developed ZrN films on GC for NRR and qualitatively hint towards a possible activity for the electrochemical NRR in the sulfuric acid electrolyte.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/212147/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A sustainable CVD approach for ZrN as a potential catalyst for nitrogen reduction reaction
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Glauber, Jean-Pierrejean-pierre.glauber (at) rub.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lorenz, Julianjulian.lorenz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9936-7667NICHT SPEZIFIZIERT
Liu, Jiji.liu (at) tyndall.ieNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller, Björnbjoern.mueller2 (at) uol.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bragulla, SebastianSebastian.Bragulla (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kostka, AleksanderRuhr-Universität BochumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rogalla, DetlefRuhr University BochumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wark, MichaelCarl von Ossietzky Universityhttps://orcid.org/0000-0002-8725-0103NICHT SPEZIFIZIERT
Nolan, Michaelmichael.nolan (at) tyndall.ieNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Harms, CorinnaCorinna.Harms (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Devi, Anjanaanjana.devi (at) rub.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 Juli 2024
Erschienen in:Dalton Transactions
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:53
DOI:10.1039/D4DT01252F
Seitenbereich:Seiten 15451-15464
Verlag:Royal Society of Chemistry
ISSN:1477-9226
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Nitride, Chemical vapor deposition, Ammonia
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Lorenz, Dr. Julian
Hinterlegt am:13 Feb 2025 13:41
Letzte Änderung:13 Feb 2025 13:41

Nur für Mitarbeiter des Archivs: Kontrollseite des Eintrags

Blättern
Suchen
Hilfe & Kontakt
Informationen
electronic library verwendet EPrints 3.3.12
Gestaltung Webseite und Datenbank: Copyright © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Alle Rechte vorbehalten.