Ammoniak (NH ₃ ) wordt in massa geproduceerd voor gebruik in de landbouw, farmaceutisch, en duurzame energiesectoren. Echter, de conventionele synthesemethoden zijn milieuonvriendelijk, dus we hebben alternatieven nodig! Onlangs, Wetenschappers van het Daegu Gyeongbuk Instituut voor Wetenschap en Technologie, Korea, ontwikkelde een nieuwe, kosteneffectieve en duurzame elektrokatalysator die een natuurlijk enzym nabootst om NH . te produceren ₃ van stikstof in de lucht. Hun bevindingen brengen ons een stap dichter bij veiligere en schonere manieren om elektrochemisch NH . te produceren ₃ .

Ammoniak (NH ₃ ) is een van de belangrijkste chemicaliën die door de mens wordt geproduceerd en heeft een veelbelovende toekomst in duurzame energietoepassingen naast het gebruik in de productie van kunstmest. Helaas, tot dusver, de enige realistische manier om ammoniak op industriële schaal te produceren, is via het Haber-Bosch-proces. Deze techniek, ontdekt in de 19e eeuw, is zeer energie-intensief en milieuonvriendelijk; ongeveer 2% van de jaarlijkse wereldwijde CO ₂ emissies zijn afkomstig van Haber-Bosch-processen.

"Gezien de bedreigingen van de opwarming van de aarde, het wordt hoog tijd dat we overstappen op een ammoniaksyntheseroute zonder CO ₂ uitstoot, " zegt professor Sangaraju Shanmugam van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Korea. Shanmugam en collega's van DGIST hebben gewerkt aan het vinden van nieuwe manieren om ammoniak te produceren door middel van elektrochemische reacties bij kamertemperatuur met behulp van de stikstof (N ₂ ) van nature aanwezig in de lucht, een proces dat technisch bekend staat als elektrokatalytische fixatie van atmosferisch N ₂ .

Hoewel verschillende onderzoeksgroepen met succes katalysatoren hebben ontwikkeld voor elektrochemische cellen met een hoge ammoniakproductie, velen hebben last van lage efficiëntie en selectiviteit naar N ₂ . Anderen vereisen edele metalen of complexe syntheseprocessen, wat hun toepasbaarheid op industriële schaal beperkt. In een recente studie gepubliceerd in Toegepaste Katalyse B:Milieu , DGIST-wetenschappers onder leiding van prof. Shanmugam pakten al deze problemen aan met een nieuwe katalysator voor elektrochemische ammoniaksynthese.

Hun aanpak is gebaseerd op molybdeennitride (Mo ₂ N) nanodeeltjes, die elektrische eigenschappen delen met het enzym stikstofase dat sommige bacteriën gebruiken om in de natuur ammoniak te produceren. Nanodeeltjes alleen redden het niet; echter, omdat ze de neiging hebben om aan elkaar te plakken, deze agglomeratie vermindert het totale oppervlak dat wordt blootgesteld aan N ₂ en belemmert dus de prestaties van de katalysator. Om dit probleem te bestrijden, de wetenschappers produceerden tweedimensionale hexagonale boornitride (h-BN) platen en pasten ze aan om defecten te bevatten. Deze defecten - boor- en stikstofvacatures - leverden locaties voor de Mo ₂ N nanodeeltjes om zichzelf te verankeren zonder veel te agglomereren.

Met deze katalysator het team slaagde erin om ammoniak in een hoog tempo te synthetiseren met een efficiëntie van 61,5% op een stabiele en robuuste manier. Met name, het hele fabricageproces van de goedkope Ү-Mo ₂ N/h-BN-katalysator kan in een enkele stap worden gedaan, wat het een aantrekkelijke optie maakt in termen van industriële schaalbaarheid. Verder, de studie gaf belangrijk inzicht in hoe de grootte van de nanodeeltjes de selectiviteit van de katalysator voor stikstofbinding beïnvloedt. Prof. Shanmugam merkt op:"Wij geloven dat ons werk een grote bijdrage zal leveren aan de ontwikkeling van efficiënte katalysatoren. Het bevorderen van alternatieve technologieën voor de productie van waardevolle chemicaliën zoals ammoniak via elektrokatalytische methoden zal de weg vrijmaken voor een schoner en veiliger milieu."

Hopelijk, verdere studies zullen ons eindelijk in staat stellen om de methoden van gisteren te verlaten ten gunste van de duurzame alternatieven van morgen.