Ammoniak is essentieel voor de voedsel- en toekomstige energievoorziening. In de industrie wordt het voornamelijk geproduceerd volgens het Haber-Bosch-proces, dat werkt bij hoge temperaturen en drukken. Vanwege het hoge energieverbruik en de CO2-uitstoot van de ammoniakindustrie is het belangrijk om alternatieve materialen en benaderingen te ontwikkelen voor efficiënte N₂ reductie van ammoniak, aangedreven door hernieuwbare energie.

Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Chen Ping van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) heeft fotogestuurde stikstoffixatie en ammoniaksynthese gerealiseerd, gemedieerd door lithiumhydride (LiH). Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Chemistry .

LiH is het eenvoudigste zoute hydride met een bandafstand van 3,7 eV. Er is onderzoek gedaan naar waterstofopslag vanwege het hoge waterstofgehalte (12,5 gew.%). De dehydrogenering van LiH is echter thermodynamisch ongunstig.

In deze studie ontdekten de onderzoekers dat ultraviolette (UV) verlichting van LiH een opmerkelijke kleurverandering van wit naar lichtblauw zou kunnen veroorzaken, vergezeld van de afgifte van een kleine hoeveelheid H₂ onder omgevingsomstandigheden. Een dergelijk fenomeen impliceerde dat LiH onder UV-belichting fotolyse onderging, wat resulteerde in door fotonen gegenereerde elektronen die gevangen zaten in de waterstofvacature als langlevende en elektronenrijke F-centra, wat een fundamenteel ander mechanisme voor de scheiding van ladingsdragers liet zien.

De onderzoekers gaven aan dat verlicht LiH een elektronenrijk oppervlak had met waterstofvacatures, wat de activering van N₂ vergemakkelijkte. om een ​​N-H-binding te vormen. Ze hebben een N₂ mede gevoerd /H₂ mengsel met een lage H₂ partiële druk in de LiH-poeders, wat leidt tot fotokatalytische ammoniakproductie onder omgevingsomstandigheden.

"Deze fotochemische route is flexibel in gebruik en kan mogelijk geschikt zijn voor de kleinschalige en gedistribueerde ammoniaksynthese, mogelijk gemaakt door intermitterende zonne-energie", aldus prof. Chen.

Meer informatie: Yeqin Guan et al, Lichtgestuurde ammoniaksynthese onder milde omstandigheden met behulp van lithiumhydride, Natuurchemie (2024). DOI:10.1038/s41557-023-01395-8

Journaalinformatie: Natuurchemie

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen