Исследователи в Германии сделали значительные шаги в понимании катализаторов, которые необходимы для ускорения химических реакций в различных отраслях, включая производство топлива и фармацевтику. Их результаты, опубликованные 29 января 2025 года, раскрывают неожиданные поведения катализаторов, которые могут привести к более эффективным методам производства аммиака.
Катализаторы, которые изменяют структуру и состав под действием электрического потенциала, были изучены с использованием передовых методов, таких как электрохимическая просвечивающая электронная микроскопия с жидкостными ячейками (EC-TEM). Это позволило команде понаблюдать за тем, как ведут себя предварительные катализаторы Cu2O в кубической форме во время реакции восстановления нитратов - процесса, имеющего решающее значение для превращения отходов нитратов обратно в аммиак, ключевой компонент удобрений.
Исследование показало, что кубики Cu2O не так быстро переходят в свое предпочтительное металлическое состояние. Вместо этого они могут оставаться в смеси Cu-металла, Cu-оксида и Cu-гидроксида в течение длительного периода Состав этой смеси сильно зависит от приложенного электрического потенциала, окружающей химической среды и продолжительности реакции.
Доктор Си Ви Чи, руководитель группы в Институте Фрица Хабера, отметил: "Неожиданно, что в ходе реакции мы получаем разные фазы, особенно если использовать один и тот же одноэлементный предварительный катализатор. Это смешанное состояние может сохраняться в течение длительного времени, что дает ценную информацию для разработки более эффективных катализаторов".
Профессор Беатрис Ролдан, директор научного отдела Interface Science, подчеркнула важность этого исследования для окружающей среды. Традиционные методы синтеза аммиака являются энергоемкими и основаны на ископаемом топливе. Новый подход направлен на сокращение выбросов углекислого газа за счет использования прямого электрокаталитического процесса, работающего на возобновляемой электроэнергии.
Этот прорыв не только углубляет наше понимание динамики катализаторов, но и прокладывает путь к инновационным стратегиям в производстве аммиака, потенциально преобразующим методы ведения сельского хозяйства и снижающим выбросы углекислого газа при производстве удобрений.