Brydning af ammoniak:En ny katalysator til at generere brint fra ammoniak ved lave temperaturer

Den nuværende globale klimakrise og vores hurtigt vigende energiressourcer får folk til at kigge efter renere alternativer som brintbrændstof. Ved forbrænding i nærvær af ilt, brintgas genererer enorme mængder energi, men ingen af ​​de skadelige drivhusgasser, i modsætning til fossile brændstoffer. Desværre, det meste af det brintbrændstof, der produceres i dag, kommer fra naturgas eller fossile brændstoffer, hvilket i sidste ende øger sit CO2-fodaftryk.

Ammoniak (NH ₃ ), en kulstofneutral brintforbindelse, har på det seneste fået megen opmærksomhed, på grund af sin høje energitæthed og høje brintlagringskapacitet. Det kan nedbrydes for at frigive nitrogen- og brintgasser. Ammoniak kan let gøres flydende, opbevaret, transporteret, og omdannes til brintbrændstof efter behov. Imidlertid, produktionen af ​​brint fra ammoniak er en langsom reaktion med meget høje energibehov. For at fremskynde produktionen, metalkatalysatorer bruges ofte, som også hjælper med at reducere det samlede energiforbrug under brintproduktion.

Nylige undersøgelser har fundet ud af, at nikkel (Ni) er en lovende katalysator til spaltning af ammoniak. Ammoniak bliver adsorberet på overfladen af ​​Ni-katalysatorer, hvorefter bindingerne mellem nitrogen og brint i ammoniak brydes og de frigives som individuelle gasser. Imidlertid, opnåelse af en god omdannelse af ammoniak ved anvendelse af en Ni-katalysator involverer ofte meget høje driftstemperaturer.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i ACS katalyse , et team af forskere fra Tokyo Tech, ledet af lektor Masaaki Kitano, beskrev en løsning til at overvinde de problemer, som Ni-baserede katalysatorer står over for. De udviklede en state-of-the-art calciumimid (CaNH)-understøttet Ni-katalysator, der kan opnå god ammoniakomdannelse ved lavere driftstemperaturer. Dr. Kitano forklarer, "Vores mål var at udvikle en meget aktiv katalysator, der ville være energieffektiv. Vores tilsætning af metalimidet til katalysatorsystemet forbedrede ikke kun dets katalytiske aktivitet, men hjalp os også med at opklare den uhåndgribelige arbejdsmekanisme af sådanne systemer."

Holdet opdagede, at tilstedeværelsen af ​​CaNH resulterede i dannelsen af ​​NH ^2- ledige stillinger (V _NH ) på overfladen af ​​katalysatoren. Disse aktive arter resulterede i den forbedrede katalytiske ydeevne af Ni/CaNH ved reaktionstemperaturer, der var 100°C lavere end dem, der er nødvendige for Ni-baserede katalysatorers funktion. Forskerne udviklede også beregningsmodeller og udførte isotopmærkning for at forstå, hvad der skete på katalysatoroverfladen. Beregningerne foreslog en Mars−van Krevelen-mekanisme, der involverede adsorption af ammoniak på CaNH-overfladen, dens aktivering på NH ^2- ledige pladser, dannelse af nitrogen og brintgas, og endelig regenerering af ledige pladser fremmet af Ni-nanopartikler.

Den meget aktive og holdbare Ni/CaNH-katalysator kan med succes anvendes til generering af brintgas fra ammoniak. Også, den indsigt i katalysemekanismen, som denne undersøgelse giver, kan bruges til at udvikle en ny generation af katalysatorer. "Da hele verden arbejder sammen om at bygge en bæredygtig fremtid, vores forskning er rettet mod at løse de problemer, vi støder på på vores vej til en renere brændstoføkonomi, " slutter Dr. Kitano.

Dette er en stråle af håb for verdens lave CO2-emissionsmission.