_ Un catalizator generează patru azot- care conțin produse la selectivități ridicate

Electrochimiștii de la RIKEN au găsit o modalitate de a transforma selectiv nitriții în unul dintre alți patru compuși care conțin azot folosind același catalizator. Acest lucru ar putea ajuta la înlocuirea proceselor industriale cu consum intens de combustibili fosili cu procese electrochimice alimentate cu energie regenerabilă.

Carbonul domină știrile în aceste zile și există o conștiință ridicată a publicului cu privire la problemele care decurg din perturbarea ciclul natural al carbonului datorat arderii combustibililor fosili. Dar azotul, vecinul carbonului de pe tabelul periodic, primește mult mai puțină atenție, în ciuda numeroaselor probleme de mediu care decurg din perturbarea ciclului său natural.

„Ciclorul azotului a fost serios substudiat”, spune Ryuhei Nakamura despre Centrul RIKEN pentru Știința Resurselor Durabile. „Dar este extrem de important pentru agricultură, iar perturbarea acesteia poate cauza probleme ecologice majore, cum ar fi înflorirea algelor dăunătoare și poluarea aerului și a apei.”

O cauză majoră a acestor probleme este faptul că procesele industriale obișnuiau să produc îngrășăminte și alți compuși importanți care conțin azot conduc ciclul într-o singură direcție, perturbând echilibrul acestuia. „Pentru a restabili echilibrul, sunt necesare procese industriale care pot produce în mod selectiv compuși care conțin azot în diferite părți ale ciclului”, spune Nakamura. „Dar până acum acest lucru s-a dovedit dificil de realizat în practică.”

Acum, Nakamura și colegii săi au demonstrat un proces electrocatalitic folosind un singur catalizator care poate transforma nitriții în monoxid de azot (NO), azot. oxid (N2O), azot molecular (N2) sau amoniu (NH4+) în funcție de trei parametri experimentali ușor de variat.

Important, acești compuși țintă au fost produși în procente mari (selectivități) care rivalizează cu cele obținute de catalizatori specifici. optimizat pentru un singur compus țintă.

Secretul succesului echipei a fost capacitatea de a transfera protoni și electroni separat, mai degrabă decât simultan. În mod convențional, electronii și protonii sunt schimbați în același timp în reacțiile electrocatalitice, dar echipa a adoptat o strategie nouă care a permis schimbul de electroni și protoni unul după altul. Acest lucru le-a permis să adapteze condițiile pentru fiecare transfer.

„Această nouă abordare oferă un control mult mai mare asupra reacțiilor și există mult potențial de a o aplica altor sisteme chimice”, spune Nakamura. „Munca noastră demonstrează că este posibil să se obțină un control ridicat asupra selectivității produsului chiar și atunci când se utilizează un singur catalizator pentru o rețea de reacție complexă.”

Nakamura observă că capacitatea de a produce îngrășăminte din energie regenerabilă este deosebit de importantă pentru Japonia. având în vedere dependența ridicată a țării de îngrășămintele importate și autosuficiența scăzută în producția de alimente.

Lucrul este publicat în revista Nature Catalysis.

Echipa intenționează acum să aplice reglarea electrochimică a ciclului azotului la fermele piscicole, unde acumularea de nitrați și nitriți pe fundul mării provoacă maree roșie.

(Fluierul)