Исследовательская группа UCF совместно с сотрудниками Virginia Tech разработала новый «зеленый» подход к производству аммиака, который может помочь сделать питание растущего населения мира более устойчивым.
«Этот новый подход может облегчить производство аммиака с использованием возобновляемых источников энергии, таких как электричество, вырабатываемое солнцем или ветром», - сказал доцент физики Сяофэн Фэн. «По сути, этот новый подход может способствовать устойчивому развитию нашего человеческого общества».
Аммиак, соединение азота и водорода, необходим для всей жизни на планете и является важным компонентом большинства удобрений, используемых для производства продуктов питания. После Первой мировой войны аммиак в удобрениях в основном производился с использованием метода Габера-Боша, который требует больших затрат энергии и ископаемого топлива. До сих пор существовали существенные препятствия для улучшения процесса.
Новый подход исследовательской группы задокументирован в журнале Nature Communications Journal, опубликованном сегодня в Интернете.
Самым большим препятствием для синтеза аммиака является высокий энергетический барьер для активации молекул азота. Чтобы химический процесс достиг высокой скорости реакции, молекулы азота и водорода должны быть нагреты до температуры от 662 до 1022 oF под давлением 2200±5100 фунтов на квадратный дюйм в присутствии железа. катализаторы на основе. Перевод: Химическая реакция происходит только в условиях очень высокой температуры и давления.
Существует много попыток синтеза аммиака в более мягких условиях, и одна из них заключается в использовании электрической энергии. В электрохимическом методе при комнатной температуре активные электроны используются для запуска реакции с водой в качестве источника водорода, но электроны, проходящие через электрод, не могут быть эффективно использованы, и скорость реакции очень низкая.
Наше исследование открыло новый механизм, посредством которого электроны могут быть более эффективно использованы с помощью катализатора гидрида палладия. Этот новый подход может не только обеспечить новый путь синтеза аммиака с минимальной электрической энергией, но и вдохновить коллег-исследователей на новые исследования. использовать этот принцип для решения других сложных задач по преобразованию возобновляемой энергии, таких как превращение углекислого газа в топливо», - сказал Фэн.
Соавтор Хунлян Синь, доцент Технологического института Вирджинии, сказал, что в этой новой области исследований можно сделать гораздо больше.
«Это очень интересное исследование превращения азота в аммиак при комнатной температуре. Квантово-химическое моделирование предложило уникальный путь реакции для палладиевого катализатора с более низким энергетическим барьером», - сказал Синь. «Тем не менее, детальный механизм, особенно его конкуренция с выделением водорода, похищающего электроны, и влияние рабочего напряжения, до сих пор в значительной степени неизвестны."