• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Framsteg i den billiga elektrokemiska syntesen av ammoniak

    Genom att efterlikna några av egenskaperna hos nitrogenas, forskare utvecklade en elektrokatalysator som kan producera ammoniak från atmosfäriskt kväve. Detta kan hjälpa oss att styra bort från den konventionella Haber–Bosch-processen, som är en betydande källa till CO 2 . Kredit:DGIST

    Ammoniak (NH 3 ) är massproducerad för användning inom jordbruket, farmaceutisk, och hållbara energisektorer. Dock, dess konventionella syntesmetoder är miljöovänliga, så vi behöver alternativ! Nyligen, Forskare från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Korea, utvecklat en ny kostnadseffektiv och hållbar elektrokatalysator som efterliknar ett naturligt enzym för att producera NH 3 från kväve i luften. Deras resultat tar oss ett steg närmare säkrare och renare sätt att elektrokemiskt producera NH 3 .

    Ammoniak (NH 3 ) är bland de viktigaste kemikalierna som produceras av människor och har en lovande framtid inom hållbara energitillämpningar förutom att de används i konstgödselproduktion. Tyvärr, än så länge, det enda realistiska sättet som finns att producera ammoniak i industriell skala är genom Haber–Bosch-processen. Denna teknik, upptäcktes på 1800-talet, är mycket energikrävande och miljöovänlig; cirka 2% av det årliga globala CO 2 utsläppen kommer från Haber – Bosch processer.

    "Med tanke på hoten från den globala uppvärmningen, det är hög tid att vi byter till en ammoniaksyntesväg med noll CO 2 utsläpp, " säger professor Sangaraju Shanmugam från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Korea. Shanmugam och kollegor på DGIST har arbetat med att hitta nya sätt att producera ammoniak genom elektrokemiska reaktioner vid rumstemperatur med hjälp av kvävet (N 2 ) naturligt förekommande i luften, en process tekniskt känd som elektrokatalytisk fixering av atmosfäriskt N 2 .

    Även om olika forskargrupper framgångsrikt har utvecklat katalysatorer för elektrokemiska celler med höga ammoniakproduktionshastigheter, många lider av låg effektivitet och selektivitet mot N 2 . Andra kräver ädelmetaller eller komplexa syntesprocesser, vilket begränsar deras tillämpbarhet i industriell skala. I en ny studie publicerad i Tillämpad katalys B:Miljömässig , DGIST-forskare ledda av Prof. Shanmugam tog sig an alla dessa problem med en ny katalysator för elektrokemisk ammoniaksyntes.

    Deras tillvägagångssätt är baserat på molybdennitrid (Mo 2 N) nanopartiklar, som delar elektriska egenskaper med enzymet nitrogenas som vissa bakterier använder för att producera ammoniak i naturen. Nanopartiklar ensamma klarar inte snittet; dock, eftersom de tenderar att hålla sig till varandra, denna agglomeration minskar den totala ytan som exponeras för N 2 och därmed hindrar katalysatorns prestanda. För att bekämpa detta problem, forskarna producerade tvådimensionella hexagonala bornitrid (h-BN) ark och skräddarsydda dem för att innehålla defekter. Dessa defekter - lediga platser för bor och kväve - gav platser för Mo 2 N nanopartiklar för att förankra sig utan att agglomerera mycket.

    Med denna katalysator, teamet lyckades syntetisera ammoniak i hög hastighet med en effektivitet på 61,5 % på ett stabilt och robust sätt. Framför allt, hela tillverkningsprocessen av den låga kostnaden Ү-Mo 2 N/h-BN-katalysator kan göras i ett enda steg, vilket gör det till ett attraktivt alternativ när det gäller industriell skalbarhet. Vidare, studien gav viktig insikt i hur storleken på nanopartiklarna påverkar katalysatorns selektivitet för kvävefixering. Prof. Shanmugam konstaterar:"Vi tror att vårt arbete i hög grad kommer att bidra till utvecklingen av effektiva katalysatorer. Att utveckla alternativa tekniker för produktion av värdefulla kemikalier som ammoniak via elektrokatalytiska metoder kommer att bana väg för en renare och säkrare miljö."

    Förhoppningsvis, ytterligare studier kommer äntligen att göra det möjligt för oss att överge gårdagens metoder till förmån för morgondagens hållbara alternativ.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com