El amoníaco NH3 es uno de los productos químicos más comúnmente producidos en todo el mundo, debido a su uso como un ingrediente importante en una amplia gama de procesos de fabricación industrial. Por ejemplo, es fundamental en la producción de fertilizantes y más de 150 millones de toneladasde ellos se aplican cada año para aumentar los rendimientos de varios cultivos. El amoníaco es producido naturalmente por muchos organismos vivos, pero sintetizarlo artificialmente usando gases de nitrógeno N2 e hidrógeno H2 es un desafío porque el fuerte enlace entre los átomos de N es difícil dedescanso.
Si bien existe un método para producir NH3 a escala industrial, llamado proceso Haber-Bosch, desde principios del siglo XX, el enfoque de mejor desempeño actual implica el uso de rutenio, un metal caro y escaso, como catalizador para desencadenarLas reacciones necesarias. Recientemente, el profesor Hideo Hosono y sus colegas del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech, Japón, han desarrollado una nueva estrategia para producir NH3 utilizando lantano La, un elemento mucho más abundante, en combinación con el níquel Ni.
En su artículo, publicado en Naturaleza explican cómo se inspiraron en un catalizador de producción de NH3 previamente informado con la fórmula Co3Mo3N, que tiene vacantes de nitrógeno, lugares donde se esperaría la presencia de un átomo de nitrógeno pero que en realidad están vacíos.la división de las moléculas de N2 más fácil, lo que llevó al equipo de Hosono a tomar una nueva dirección de exploración para catalizadores de síntesis de NH3 más disponibles y efectivos. Explica: "El papel crítico de las vacantes de nitrógeno en Co3Mo3N nos inspiró a considerar otros materiales que contienen nitrógeno enqué vacantes podrían generarse fácilmente como base para nuevos catalizadores basados en Ni "
El catalizador que desarrollaron consiste en cristales de LaN cargados con nanopartículas de Ni. El Ni disocia fácilmente H2 en átomos de H. Por lo tanto, el pretratamiento del catalizador con H2 genera fácilmente átomos de H, que luego reaccionan con los átomos de N en la estructura cristalinapara formar NH3 y crear vacantes de N en el soporte de LaN. Cada uno de estos sitios vacíos captura un átomo de N de una molécula de N2 del gas de nitrógeno de entrada, haciendo que el enlace de NN de la molécula se debilite. Otro átomo de H disociado rompe el enlace de NN debilitado paraproduce más NH3, dejando atrás un átomo de N para llenar la vacante original. Estos ciclos se repiten, generando continuamente vacantes de nitrógeno y manteniendo el proceso de síntesis.
Este concepto de un catalizador de 'sitio activo dual' resultó ser muy prometedor. El rendimiento del catalizador propuesto supera con creces el de los catalizadores más convencionales basados en cobalto y níquel y es comparable incluso al de los basados en rutenio: nosolo produce consistentemente altos rendimientos de amoníaco a temperatura y presión moderadas, su estructura se mantiene incluso después de 100 horas de reacción continua, lo que demuestra su alta estabilidad.
Emocionado por los resultados, Hosono comenta: "Anticipamos que nuestro trabajo estimulará una mayor exploración de los diseños de catalizadores que hacen uso de elementos más abundantes. En particular, nuestros resultados ilustran el potencial del uso de sitios vacantes en los ciclos de reacción y apuntan a unnuevo concepto de diseño para catalizadores para la síntesis de amoníaco ". Con suerte, esta estrategia recién descubierta hará que la producción de amoníaco sea más simple y asequible, facilitando así una multitud de procesos industriales significativos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Nueva investigación de la luz más antigua confirma la edad del universo
Las primeras imágenes del Orbitador Solar revelan 'fogatas' en el sol
Los científicos proponen un plan para determinar si el Planeta Nueve es un agujero negro primordial
Platón tenía razón: la Tierra está hecha, en promedio, de cubos
Nuevo modelo conecta la física de gotitas respiratorias con la propagación de Covid-19
Los científicos descubren que los volcanes en Venus todavía están activos