На холостом ходу: новый недорогой катализатор полагается на вакансии азот для получения аммиака

Аммиак (NH3) является одним из наиболее часто производимых химических веществ во всем мире, потому что его используют как важный ингредиент в различных промышленных процессах. Например, она играет важную роль в производстве удобрений, и более 150 млн тонн применяются каждый год, чтобы повысить урожайность различных культур. Аммиак вырабатывается много живых организмов, но синтезировать его искусственно, используя азот (N2) и водорода (H2) газов является сложной задачей, потому что сильная связь между атомами N-это трудно сломать.

А способ получения NH3 на промышленном масштабе, называется Габера-Боша, существует с начала 20-го века, сегодня является самой эффективной подход предполагает использование рутения, дорогого и дефицитного металла, в качестве катализатора, чтобы вызвать необходимую реакцию. Недавно, Проф Хидео Хосоно и его коллеги из Токийского технологического института (Токио тек), Япония, разработали новую стратегию для получения NH3 с помощью лантан (La), гораздо более распространенный элемент, в сочетании с никель (Ni).

В своей статье, опубликованной в Nature, они объясняют, как они черпали вдохновение сформировать ранее сообщалось производства NН3 катализатора с Co3Mo3N формула, которая несет азота вакансий — местах, где присутствие атома азота можно было бы ожидать, но которые на самом деле пусты. Эти вакансии были замечены, чтобы сделать расщепление молекулы N2 легче, что привело команду Хосоно вниз новое направление поисково-разведочных работ на более доступные и эффективные синтеза NН3 катализаторов. Он объясняет: «важнейшую роль вакансий азота в Co3Mo3N вдохновил нас, чтобы рассмотреть другие азотсодержащие материалы, по которым вакансии могут быть легко получены в качестве основы для новых никелевых катализаторов.»

Катализатор они разработали состоит из кристаллов локальной сети загружен наночастицы Ni. Ни легко Н2 диссоциирует на H атомов. Таким образом, предварительная обработка катализатора с Н2 легко создает атомов водорода, которые затем реагируют с N атомов в кристаллической структуре в форме NH3 и создать Н вакансиях по поддержке локальной сети. Каждый из этих пустых участках, затем захватывает атом н от молекулы N2 от ввода азота, в результате молекулы по связи n-n, чтобы ослабить. Еще Диссоциированных атомов ломает ослабленные Н-Н Бонд, чтобы производить больше выбросов NH3, в результате чего атом N за, чтобы заполнить оригинальные вакансии. Эти циклы повторяются, тем самым непрерывно генерирующих вакансий азота и поддержание процесса синтеза.

Эта «концепция» двойного катализатора активный центр оказывается весьма перспективным. Предлагаемый катализатор по эффективности намного превосходит более традиционные кобальта и никеля-катализаторы на основе вполне сравнимо даже, что рутения-основанные на использовании: он не только стабильно дает высокие урожаи аммиака при средней температуре и давлении, его структура сохраняется даже после 100 часов непрерывной реакции, что свидетельствует о его высокой стабильности.

Доволен результатом, Хосоно отметил: «Мы ожидаем, что наша работа будет стимулировать дальнейшее изучение образцов катализатора с использованием более распространенных элементов. В частности, наши результаты иллюстрируют возможности использования сайтов вакансий в циклах реакции и укажите путь к новой концепции дизайна катализаторов для синтеза аммиака».Надеюсь, этот новоиспеченный стратегия позволит сделать производство аммиака проще и более доступной, снижая, таким образом, множество важных промышленных процессов.

сделать разницу: спонсорские возможности