• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Ammoniaksyntes underlättas med 2D-katalysator

    Tillsatsen av koboltatomer för att fylla vakanser i 2D-molybdendisulfidkristaller förbättrar materialets förmåga att katalysera ammoniak från dikväve. Rice University-forskare har utvecklat en "grön" metod för småskalig syntes av ammoniak som använder mindre energi och producerar mindre koldioxid än industriella processer. Kredit:Lou Group/Rice University

    Rice University forskare har utvecklat en oorganisk metod för att syntetisera ammoniak som är både miljövänlig och kan producera den värdefulla kemikalien på begäran under omgivande förhållanden.

    Brown School of Engineerings labb av materialforskare Jun Lou manipulerade en tvådimensionell kristall som den förstår väl - molybdendisulfid - och förvandlade den till en katalysator genom att ta bort svavelatomer från den gitterliknande strukturen och ersätta det exponerade molybdenet med kobolt.

    Detta gjorde det möjligt för materialet att efterlikna den naturliga organiska process som bakterier använder för att omvandla atmosfäriskt kväve till ammoniak i organismer, inklusive hos människor, som använder ammoniak för att hjälpa leverfunktionen.

    Den oorganiska processen kommer att göra det möjligt för ammoniak att produceras var som helst det behövs som ett småskaligt komplement till industrin, som producerar miljontals ton av kemikalien varje år genom den oorganiska Haber-Bosch-processen.

    Forskningen beskrivs i Journal of the American Chemical Society .

    "Haber-Bosch-processen producerar mycket koldioxid och förbrukar mycket energi, " sa co-lead författare och Rice doktorand Xiaoyin Tian. "Men vår process använder elektricitet för att trigga katalysatorn. Vi kan få det från sol eller vind."

    Forskarna visste redan att molybdendisulfid hade en affinitet att binda med dikväve, en naturligt förekommande molekyl av två starkt bundna kväveatomer som utgör cirka 78 % av jordens atmosfär.

    Mikroskopbilder visar koboltdopad molybdendisulfid odlad på en kolduk. Den högupplösta transmissionselektronmikroskopbilden till höger avslöjar de dopade nanoarken, som underlättar effektiv elektrokemisk katalys av ammoniak. Processen utvecklades för småskalig användning av materialvetare vid Rice University. Kredit:Lou Group/Rice University

    Beräkningssimuleringar av Mingjie Liu, en forskarassistent vid Brookhaven National Laboratory, visade att ersättning av några exponerade molybdenatomer med kobolt skulle förbättra föreningens förmåga att underlätta dikväves reduktion till ammoniak.

    Laboratorietester på Rice visade att det var så. Forskarna samlade prover av materialet i nanoskala genom att odla defekta molybdendisulfidkristaller på koltyg och lägga till kobolt. (Kristallerna är tekniskt sett 2-D men visas som ett plan av molybdenatomer med lager av svavel över och under.) Med ström pålagd, föreningen gav mer än 10 gram ammoniak per timme med användning av 1 kilogram katalysator.

    Rice University doktorand Xiaoyin Tian, vänster, och postdoktorn Jing Zhang ledde arbetet med att utveckla en oorganisk katalysator för ammoniak baserad på dopad, tvådimensionell molybdendisulfid. Kredit:Lou Group/Rice University

    "Omfattningen är inte jämförbar med välutvecklade industriella processer, men det kan vara ett alternativ i specifika fall, " sa medförfattaren Jing Zhang, en postdoktor vid Rice. "Det kommer att tillåta produktion av ammoniak där det inte finns någon industrianläggning, och till och med i rymdtillämpningar." Han sa att laboratorieexperiment använde dedikerade foder med dikväve, men plattformen kan lika gärna dra den från luften.

    Lou sa att andra dopämnen kan tillåta materialet att katalysera andra kemikalier, ett ämne för framtida studier. "Vi trodde att det fanns en möjlighet här att ta något vi är mycket bekanta med och försöka göra det som naturen har gjort i miljarder år, " sa han. "Om vi ​​designar en reaktor på rätt sätt, plattformen kan utföra sin funktion utan avbrott."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com