Ammoniak är avgörande för livsmedel och framtida energiförsörjning. Inom industrin tillverkas den huvudsakligen genom Haber-Bosch-processen, som arbetar vid höga temperaturer och tryck. På grund av ammoniakindustrins höga energiförbrukning och koldioxidutsläpp är det viktigt att utveckla alternativa material och metoder för effektiv N2 reduktion till ammoniak som drivs av förnybar energi.
En forskargrupp ledd av professor Chen Ping från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har realiserat fotodriven kvävefixering och ammoniaksyntes medierad av litiumhydrid (LiH). Studien publiceras i Nature Chemistry .
LiH är den enklaste saltlösningshydriden med ett bandgap på 3,7 eV. Det har undersökts för vätelagring på grund av dess höga väteinnehåll (12,5 vikt%). Dehydreringen av LiH är emellertid termodynamiskt ogynnsam.
I denna studie fann forskarna att ultraviolett (UV) belysning av LiH kunde inducera en anmärkningsvärd färgförändring från vitt till ljusblått, åtföljt av frisättningen av en liten mängd H2 under omgivande förhållanden. Ett sådant fenomen antydde att LiH under UV-belysning genomgick fotolys vilket resulterade i fotongenererade elektroner fångade i dess vätevakans som långlivade och elektronrika F-centra, vilket visade en fundamentalt annorlunda mekanism för separation av laddningsbärare.
Forskarna indikerade att belyst LiH hade en elektronrik yta med vätevakanser, vilket underlättade aktiveringen av N2 för att bilda N-H-bindning. De matade tillsammans en N2 /H2 blandning med ett lågt H2 partiellt tryck in i LiH-pulvret, vilket leder till fotokatalytisk ammoniakproduktion under omgivande förhållanden.
"Denna fotokemiska vägen är flexibel i drift, vilket kan vara mottaglig för småskalig och distribuerad ammoniaksyntes som drivs av intermittent solenergi", säger professor Chen.
Mer information: Yeqin Guan et al, Ljusdriven ammoniaksyntes under milda förhållanden med litiumhydrid, Nature Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41557-023-01395-8
Journalinformation: Naturkemi
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
