21:00 2023-01-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Cercetătorii descoperă mecanisme cheie pentru producția durabilă de amoniac
_ Cercetătorii descoperă mecanismele cheie pentru producția sustenabilă de amoniac
O echipă de cercetare a Universității din Florida Centrală cu colaboratori de la Virginia Tech a publicat descoperiri critice despre sinteza electrochimică a amoniacului, promovând cercetarea durabilă a îngrășămintelor și, astfel, sprijinind eforturile globale de siguranță alimentară.
Amoniacul, un compus de azot și hidrogen, este un ingredient esențial în multe îngrășăminte pentru producția de alimente. Cu toate acestea, metoda sa principală de producție, metoda Haber-Bosch, este consumatoare de energie și combustibil, consumând între 3% și 5% din producția mondială de gaze naturale și reprezentând mai mult de 1% din emisiile globale de carbon.
Folosind metalul ruteniu ca catalizator, cercetătorii au identificat cea mai eficientă modalitate de a produce amoniac printr-o metodă de producție mai durabilă – electrochimic. Această metodă de producție poate fi mai durabilă atunci când electricitatea din surse regenerabile, cum ar fi solar sau eolian, este utilizată pentru a alimenta sinteza electrochimică, spun cercetătorii.
Descoperirile au fost publicate recent în ACS Energy Letters.
p>
Deși există multe eforturi de cercetare privind producția de amoniac electrochimic, mecanismele care stau la baza încă nu au fost înțelese mai bine, spun cercetătorii. Cu toate acestea, această nouă cercetare ajută la furnizarea unei imagini mai clare a mecanismului de reacție, spune coautorul studiului Xiaofeng Feng, profesor la Departamentul de Fizică al UCF.
„Rezultatele acestei lucrări aprofundate pot oferi importante îndrumări pentru cercetători cu privire la modul de proiectare a catalizatorilor mai eficienți pentru producția durabilă de amoniac”, spune Feng.
Forța optimă de legare a ruteniului cu intermediarii de reacție îl face unul dintre cei mai activi catalizatori pentru reacția de reducere a azotului, care produce amoniac. prin combinarea azotului cu hidrogenul din moleculele de apă.
Folosind depunerea stratului atomic, cercetătorii au reușit să mențină un control precis al nanomaterialelor sintetizate la scară atomică, permițând testarea nanoparticulelor de ruteniu cuprinse între doi și opt nanometri. .
Cercetătorii au descoperit că, în timp ce stratificau atomii de ruteniu într-o structură catalitică, un aranjament special de atomi de suprafață de ruteniu - denumit situsul pasului D5 - a fost cel mai activ site f sau reacția electrochimică de reducere a azotului.
Spre deosebire de alte situsuri, locul pasului D5 posedă „echilibrul perfect”, favorizând formarea intermediarului *N2H și nu se otrăvește (făcându-se incapabil să permită adsorbția noilor molecule). și reacționează) prin intermediarul *NH2, spun cercetătorii.
S-a descoperit că nanoparticulele de ruteniu de aproximativ patru nanometri au cea mai bună performanță catalitică pentru reacția de reducere a azotului. Activitatea a atins un vârf la patru nanometri și apoi a scăzut de cinci ori pe măsură ce dimensiunea particulelor a fost dublată, demonstrând efectul critic al dimensiunii particulelor de ruteniu asupra catalizei.
Lucrările anterioare ale cercetătorilor pentru a îmbunătăți eficiența electrochimice. producția de amoniac a ajutat studiul actual, oferind înțelegerea mecanică și metodologia de cercetare.
Noua cercetare este o colaborare între trei echipe de cercetare.
Feng și studenții săi au caracterizat mostrele de ruteniu și le-a investigat ca catalizatori pentru producerea electrochimică a amoniacului. Coautorul studiului, Parag Banerjee, profesor la Departamentul de Știința și Inginerie a Materialelor al UCF, și studenții săi s-au concentrat pe sinteza precisă a nanoparticulelor de ruteniu metalic în laboratorul lui Banerjee.
În plus, profesorul din Virginia Tech Hongliang Xin și a lui studentul a efectuat studii de calcul pentru a modela și identifica structura atomică responsabilă pentru cea mai mare performanță catalitică.
Cercetătorii intenționează să colaboreze în continuare pentru a dezvolta materiale mai complexe și eficiente folosind depunerea stratului atomic pentru producția durabilă de amoniac, spune Feng. De asemenea, aceștia vor implementa materialele catalizatoare în dispozitive avansate de electroliză pentru a îmbunătăți rata de randament și eficiența producției de amoniac alimentat electric.
Comentarii:
Adauga Comentariu