Ett UCF-forskarlag med medarbetare vid Virginia Tech har utvecklat ett nytt "grönt" tillvägagångssätt för att göra ammoniak som kan hjälpa till att göra maten till den växande världsbefolkningen mer hållbar.

"Detta nya tillvägagångssätt kan underlätta ammoniakproduktion med förnybar energi, till exempel el som genereras från sol eller vind, " sa fysikassistent Xiaofeng Feng. "I grund och botten, detta nya tillvägagångssätt kan bidra till att främja en hållbar utveckling av vårt mänskliga samhälle."

Ammoniak, en förening av kväve och väte, är avgörande för allt liv på planeten och är en viktig ingrediens i de flesta gödselmedel som används för livsmedelsproduktion. Sedan första världskriget, ammoniaken i gödselmedel har huvudsakligen framställts med Haber-Bosch-metoden, vilket är energi- och fossilbränsleintensivt. Det har funnits betydande hinder för att förbättra processen, tills nu.

Forskargruppens nya tillvägagångssätt finns dokumenterat i Naturkommunikation tidskriften publicerad online idag.

Det största hindret för ammoniaksyntes är den höga energibarriären för att aktivera kvävemolekyler. För att den kemiska processen ska nå en hög reaktionshastighet, kväve- och vätemolekyler måste värmas till en temperatur av 662 till 1, 022 oF under ett tryck på 2, 200?5, 100 pund per kvadrattum med närvaro av järnbaserade katalysatorer. Översättning:Den kemiska reaktionen sker endast under mycket höga temperatur- och tryckförhållanden.

Det finns många försök att bedriva ammoniaksyntes under mildare förhållanden, och en av dem är att använda elektrisk energi. I en elektrokemisk metod vid rumstemperatur, aktiva elektroner används för att driva reaktionen med vatten som vätekälla, men elektronerna som passerar genom en elektrod kan inte användas effektivt och reaktionshastigheten är mycket låg.

"Vår forskning upptäckte en ny mekanism där elektroner kan användas mer effektivt via palladiumhydridkatalysatorn. Denna nya metod kanske inte bara ger en ny väg för ammoniaksyntes med minimal elektrisk energi, men också inspirera kamratforskare att använda principen för att ta itu med andra utmanande reaktioner för omvandling av förnybar energi, som att omvandla koldioxid till bränslen, " sa Feng.

Medförfattare Hongliang Xin, en biträdande professor vid Virginia Tech, sa att det finns så mycket mer att upptäcka inom detta nya forskningsområde.

"Detta är en mycket spännande forskning för att omvandla kväve till ammoniak vid rumstemperatur. Kvantkemiska simuleringar har föreslagit en unik reaktionsväg för palladiumkatalysatorn med en lägre energibarriär, " sa Xin. "Men, den detaljerade mekanismen, särskilt dess konkurrens med elektronstöldande väteutveckling och effekt av driftspänning, är fortfarande i stort sett okänd."