Los científicos están desarrollando un potente electrocatalizador para sintetizar amoníaco en sustitución de los métodos tradicionales ecológicos.

El amoníaco (NH3) es uno de los productos químicos artificiales más importantes y, además de su uso en la producción de fertilizantes, tiene un futuro prometedor para las aplicaciones de energía sostenible. Desafortunadamente, la única forma realista de producir amoníaco a escala industrial es el proceso Haber-Bosch. Esta tecnología, descubierta en el siglo XIX, consume mucha energía y es dañina para el medio ambiente. Alrededor del 2% de las emisiones globales anuales de CO2 provienen de los procesos de Haber-Bosch.

«Dada la amenaza del calentamiento global, es hora de cambiar a una ruta de síntesis de amoníaco libre de CO2», dice el profesor Sangaraju Shanmugam del Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk (DGIST), Corea. Shanmugam y sus colegas de DGIST han trabajado para encontrar nuevas formas de producir amoníaco a través de reacciones electroquímicas a temperatura ambiente utilizando nitrógeno (N2) presente de forma natural en el aire, un proceso conocido técnicamente como «fijación electrocatalítica de N2 atmosférico».

Aunque varios grupos de investigación han desarrollado con éxito catalizadores para celdas electroquímicas con altas tasas de producción de amoníaco, muchos sufren de baja eficiencia y selectividad hacia N2. Otros requieren metales preciosos o procesos de síntesis complejos, lo que limita su aplicabilidad a escala industrial. En un estudio publicado recientemente en Catálisis aplicada B: medio ambienteLos científicos de DGIST, bajo la dirección del Prof. Shanmugam, han resuelto todos estos problemas con un nuevo tipo de catalizador para la síntesis electroquímica de amoníaco.

Su enfoque se basa en nanopartículas de nitruro de molibdeno (Mo2N), que comparten propiedades eléctricas con la enzima ácido nítrico, que algunas bacterias en la naturaleza utilizan para producir amoníaco. Las nanopartículas solas no hacen el corte; Sin embargo, debido a que tienden a adherirse entre sí, esta aglomeración reduce el área superficial total expuesta al N2 y, por lo tanto, dificulta el rendimiento del catalizador. Para combatir este problema, los científicos hicieron películas bidimensionales de nitruro de boro hexagonal (h-BN) y las ajustaron para contener defectos. Estos defectos (vacantes de boro y nitrógeno) proporcionaron a las nanopartículas de Mo2N lugares para anclarse sin aglomerarse demasiado.

Con este catalizador, el equipo pudo sintetizar amoníaco de manera estable y robusta a una tasa alta y una eficiencia del 61,5%. En particular, todo el proceso de fabricación del económico & agr; -El catalizador Mo2N / h-BN se puede realizar en un solo paso, lo que lo convierte en una opción atractiva en cuanto a escalabilidad industrial. Además, el estudio proporcionó información importante sobre cómo el tamaño de las nanopartículas afecta la selectividad del catalizador para la fijación de nitrógeno. El profesor Shanmugam señala: “Creemos que nuestro trabajo hará una contribución significativa al desarrollo de catalizadores eficientes. El avance de tecnologías alternativas para producir sustancias químicas valiosas como el amoníaco a través de métodos electrocatalíticos debería allanar el camino hacia un medio ambiente más limpio y seguro. »

Es de esperar que más estudios nos permitan finalmente abandonar los métodos de ayer en favor de las alternativas sostenibles del mañana.

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referencia

Autores: David Kumar Yesudoss, Gayoung Lee, Sangaraju Shanmugam *

Título del artículo original: Fuertes interacciones de soporte de catalizador en nanopartículas γ-Mo2N ricas en defectos cargadas con híbridos 2D-h-BN para una reacción de reducción de nitrógeno altamente selectiva

Diario: Catálisis aplicada B: medio ambiente

DOI: 10.1016 / j.apcatb.2021.119952

Afiliación: Departamento de Ciencia e Ingeniería de la Energía, Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk (DGIST)

* Correo electrónico del autor relevante: [email protected]

Acerca del Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk (DGIST)

El Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk (DGIST) es un instituto de investigación muy conocido y respetado en Daegu, República de Corea. Establecido en 2004 por el gobierno coreano, el principal objetivo de DGIST es promover la ciencia y tecnología nacionales y estimular la economía local.

Con la visión «Cambiar el mundo a través de la convergencia», la DGIST ha llevado a cabo una amplia gama de trabajos de investigación en diversos campos de la ciencia y la tecnología. La DGIST ha adoptado un enfoque multidisciplinar de la investigación y ha realizado estudios intensivos en algunas de las áreas más importantes de la actualidad. DGIST también cuenta con una infraestructura de vanguardia para permitir la investigación de vanguardia en los campos de la ciencia de los materiales, la robótica, la ciencia cognitiva y la tecnología de la comunicación.

Sitio web: https: //.www.dgist.C.A.kr /de /html /sub01 /010204.html

Sobre los autores

El profesor Sangaraju Shanmugam recibió su doctorado en 2004 del Instituto Indio de Tecnología en Madrás, India, sobre catálisis heterogénea. Luego trabajó como becario postdoctoral en la Universidad de Bar Ilan en 2005 y como becario postdoctoral JSPS en la Universidad de Waseda en 2007, fue nombrado profesor asistente en DGIST en Corea, donde ahora es profesor. Shanmugam tiene actualmente 130 publicaciones arbitradas, 5 patentes indias y 8 patentes coreanas pendientes. Los intereses de investigación actuales del profesor Shanmugam incluyen el desarrollo de materiales de electrodos rentables y de larga duración para celdas de combustible de membrana de electrolito de polímero y sus aplicaciones para conversión y almacenamiento de energía, biosensores y aplicaciones biomédicas.

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