Hacia un medio ecológico de producir amoníaco
Síntesis electrocatalítica del amoníaco
Un equipo de investigadores ha descubierto una prometedora alternativa a los métodos convencionales de síntesis de amoníaco, más respetuosa con el medio ambiente. Los resultados se publican en la revista Journal of Materials Chemistry A.
DIAGRAMAS DE POURBAIX DE SUPERFICIE CALCULADOS (A) 1D Y (B) 2D DE FES2(111) CONSIDERANDO DIFERENTES COBERTURAS DE SV, O*, H*, Y HO*. LOS POTENCIALES EXPERIMENTALES A LAS EFICIENCIAS FARADAICAS MÁS ALTAS DE LOS CATALIZADORES BASADOS EN FES2 REPORTADOS SE TRAZAN PARA UNA COMPARACIÓN DIRECTA.
Hao Li et al.
A principios del siglo XX, Fritz Haber y Carl Bosch inventaron un método para sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno gaseosos, lo que permitió la producción industrial de esta sustancia química. A día de hoy, la síntesis Haber-Bosch sigue siendo el método dominante para producir amoníaco.
Sin embargo, el método presenta algunos inconvenientes medioambientales. Requiere mucha energía y recursos, y la producción de hidrógeno gaseoso suele requerir gas natural, que libera dióxido de carbono como subproducto.
La reacción electroquímica de reducción del nitrógeno (ENRR), en la que el nitrógeno gaseoso del aire puede convertirse en amoníaco mediante corriente eléctrica, se considera una alternativa prometedora y sostenible. Sin embargo, la búsqueda de catalizadores de alto rendimiento y rentables para la ENRR es un reto pendiente para lograr la producción de amoníaco ambiental a escala comercial.
"Exploramos el potencial de los disulfuros de metales de transición menos preciosos (TMS2) como catalizadores para la ENRR", explica Hao Li, profesor asociado del Instituto Avanzado de Investigación de Materiales de la Universidad de Tohoku (WPI-AIMR) y autor del artículo. "Mediante un análisis meticuloso de los estados superficiales inducidos por la electroquímica, descubrimos un factor no reconocido previamente que contribuye a su alto rendimiento ENRR: la generación de vacantes S".
Li y sus colegas empezaron con un catalizador ENRR típico de TMS2, disulfuro de hierro (FeS2), donde observaron que en condiciones ENRR se pueden generar fácilmente vacantes de S en la superficie del catalizador. Mediante simulaciones computacionales avanzadas, demostraron que esta generación "in situ" de vacantes de S impulsada por la electroquímica mejora significativamente la actividad ENRR al promover una mayor adsorción y activación del N-N. Las observaciones experimentales confirmaron sus hallazgos.
Las observaciones experimentales confirmaron sus hallazgos, que también coincidían con la bibliografía reciente sobre las ventanas potenciales de ENRR que alcanzan la máxima eficiencia faradáica, la medida de la eficacia de un proceso electroquímico para convertir la energía eléctrica en energía química o viceversa.
Su análisis se extendió también a otros catalizadores de TMS2 (SnS2, MoS2, NiS2 y VS2), revelando un fenómeno universal de generación de vacantes de S "in situ" bajo potenciales ENRR.
"Nuestra investigación subraya la importancia crítica de tener en cuenta los estados superficiales en el diseño de catalizadores ENRR", añade Li. "Al arrojar luz sobre el papel de las S-vacantes, hemos proporcionado una valiosa hoja de ruta para mejorar el rendimiento de ENRR y acelerar la transición hacia la producción sostenible de amoníaco."
Este trabajo contó con el apoyo de AIMR Fusion Research y también recibió un apoyo sustancial para la beca postdoctoral JSPS para el Dr. Tianyi Wang en el laboratorio Hao Li.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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