Изучен новый катализатор для экологичного производства аммиака

Ученые показали, что неблагородные металлы можно эффективно использовать для получения аммиака. Для этого они синтезировали и изучили композит никеля с соединением бора, азота и углерода. Этот метод экологичнее используемого в промышленности, и в перспективе разработка может уменьшить экологический ущерб, который сегодня наносится производством аммиака. Работа опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Сегодня аммиак NH3 является одним из главных химикатов в мире. Он играет огромную роль в современном сельском хозяйстве, для которого из него делают пестициды и удобрения. Также его используют при создании взрывчатки и пластмасс. В результате столь широкого применения аммиак сейчас занимает второе место по объему производства в мире. Однако методы, которыми получают это соединение, представляют угрозу для экологии. Наиболее распространен процесс Габера — Боша: реакцию проводят при температуре 300–550 °C и давлении 150–250 атмосфер. Реагентами служат азот и водород, который получают из природного газа с выбросами углекислого газа в результате реакции. Процесс очень энергоемкий, на него приходится около 2% годового потребления энергии во всем мире. При этом выбросы углекислого газа усугубляют парниковый эффект. Поэтому ученые активно ищут новые, более экологичные и эффективные способы получения аммиака.

Пока что не существует метода производства этого соединения, который можно было бы применять массово. Некоторые подходы требуют слишком большого количества оборудования, а объемы полученного вещества слишком малы. Для других необходимо использование драгоценных металлов в качестве катализаторов, дороговизна и дефицит которых также ограничивают применение. Одним из перспективных направлений в последнее время стало использование неметаллических материалов, в состав которых входят бор, углерод, азот, сера и фосфор.

Группа ученых, в состав которой вошел исследователь из Сибирского федерального университета, предположила, что эффективность реакции восстановления азота можно повысить с помощью добавления металлов в органическую матрицу. Изначально ученые создали металл-органический полимер M-BOPs-1, при отжиге которого образовались нанотрубки BCN с вкрапленными наночастицами никеля. Исследование показало, что параметры выхода аммиака и выхода по току у нового соединения достигают 16,72 микрограмма и 13,06% соответственно, что превосходит большинство известных катализаторов реакции восстановления азота, не содержащих благородных металлов. Кроме того, это соединение обладает высокой стабильностью и поддерживает высокую активность реакции на протяжении 12 часов, что в перспективе позволяет использовать его на практике. Как выяснили авторы исследования, высокая эффективность достигается благодаря перераспределению электронов в композите.

«Мы обнаружили очень интересный эффект в новом композите, поскольку отдельно ни никель, ни BCN не показывают хорошей каталитической активности. Однако их взаимодействие дает синергетический эффект, повышая выход аммиака в несколько раз. Наше исследование показало возможность и перспективность использования неблагородных металлов для экологичного и эффективного получения аммиака. Результаты нашей работы могут стимулировать интерес к дальнейшему исследованию этого направления», — прокомментировал Артем Куклин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории нелинейной оптики и спектроскопии Сибирского федерального университета.

Исследование проводилось совместно с коллегами из Уханьского университета (Китай), Королевского технологического института (Швеция) и Национального университета им. Богдана Хмельницкого (Украина).

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.