Tim istraživača je otkrio obećavajuću alternativu konvencionalnim sredstvima za sintezu amonijaka, koja je ekološki prihvatljivija.
Detalji njihovog istraživanja objavljeni su u Journal of Materials Chemistry A 21. februara 2024.
Kada su Fric Haber i Karl Boš izumeli sredstvo za sintezu amonijaka iz gasa azota i vodonika početkom 20. veka, to je omogućilo proizvodnju hemikalije na industrijskom nivou. Do danas, Haber-Bosch sinteza ostaje dominantno sredstvo za proizvodnju amonijaka.
Ipak, metoda ima neke ekološke nedostatke. Zahteva energiju i resurse, a proizvodnja gasa vodonika često uključuje prirodni gas, koji oslobađa ugljen-dioksid kao nusproizvod.
Elektrohemijska reakcija redukcije azota (ENRR), gde se azot iz vazduha može pretvoriti u amonijak pomoću električne struje, smatra se obećavajućom i održivom alternativom. Traganje za visokim performansama i isplativim ENRR katalizatorima je, međutim, otvoreni izazov za postizanje komercijalne proizvodnje ambijentalnog amonijaka.
„Istražili smo potencijal manje dragocenih disulfida prelaznih metala (TMS 2) kao katalizatora za ENRR“, kaže Hao Li, vanredni profesor na Naprednom institutu za istraživanje materijala Univerziteta Tohoku (VPI-AIMR) i odgovarajući autor rada. „Kroz preciznu analizu površinskih stanja izazvanih elektrohemijom, otkrili smo ranije neprepoznat faktor koji doprinosi njihovim visokim ENRR performansama: stvaranje S-slobodnih radnih mesta.
Li i njegove kolege su počeli sa tipičnim ENRR TMS 2 katalizatorom, gvožđem disulfidom (FeS 2 ), gde su primetili da se pod ENRR uslovima, S-slobodna mesta mogu lako stvoriti na površini katalizatora. Kroz napredne računarske simulacije, oni su pokazali da ova „in situ“ generacija S-slobodnih radnih mesta vođena elektrohemijom značajno povećava aktivnost ENRR promovišući jaču adsorpciju i aktivaciju N–N.
Eksperimentalna zapažanja su potvrdila njihove nalaze, koji su takođe bili u skladu sa nedavnom literaturom o ENRR potencijalnim prozorima koji su dostigli maksimalnu Faradajevu efikasnost – meru efikasnosti elektrohemijskog procesa u pretvaranju električne energije u hemijsku energiju ili obrnuto.
Njihova analiza se takođe proširila na druge TMS 2 katalizatore (SnS 2 , MoS 2 , NiS 2 i VS 2 ), otkrivajući univerzalni fenomen „in situ“ stvaranja S-vakancija pod ENRR potencijalima.
„Naše istraživanje naglašava kritičnu važnost razmatranja površinskih stanja u dizajnu ENRR katalizatora“, dodaje Li. „Rasvjetljavanjem uloge S-slobodnih radnih mjesta, pružili smo vrijedan putokaz za poboljšanje učinka ENRR-a i ubrzanje tranzicije ka održivoj proizvodnji amonijaka.“
