ammoniaca (NH ₃ ) è prodotto in serie per l'uso in agricoltura, farmaceutico, e settori dell'energia sostenibile. Però, i suoi metodi di sintesi convenzionali sono dannosi per l'ambiente, quindi abbiamo bisogno di alternative! Recentemente, Scienziati del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Corea, ha sviluppato un nuovo elettrocatalizzatore economico e durevole che imita un enzima naturale per produrre NH ₃ dall'azoto nell'aria. Le loro scoperte ci avvicinano a modi più sicuri e puliti per produrre elettrochimicamente NH ₃ .

ammoniaca (NH ₃ ) è tra le più importanti sostanze chimiche prodotte dall'uomo e ha un futuro promettente nelle applicazioni energetiche sostenibili oltre ad essere utilizzato nella produzione di fertilizzanti. Sfortunatamente, finora, l'unico modo realistico che esiste per produrre ammoniaca su scala industriale è attraverso il processo Haber-Bosch. Questa tecnica, scoperto nel XIX secolo, è molto energivoro e poco rispettoso dell'ambiente; circa il 2% della CO . globale annuale ₂ le emissioni provengono dai processi Haber-Bosch.

"Considerando le minacce poste dal riscaldamento globale, è giunto il momento di passare a un percorso di sintesi dell'ammoniaca con zero CO ₂ emissioni, " afferma il professor Sangaraju Shanmugam del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Corea. Shanmugam e colleghi di DGIST hanno lavorato alla ricerca di nuovi modi per produrre ammoniaca attraverso reazioni elettrochimiche a temperatura ambiente utilizzando l'azoto (N ₂ ) naturalmente presente nell'aria, un processo tecnicamente noto come fissazione elettrocatalitica di N . atmosferico ₂ .

Sebbene vari gruppi di ricerca abbiano sviluppato con successo catalizzatori per celle elettrochimiche con elevati tassi di produzione di ammoniaca, molti soffrono di bassa efficienza e selettività verso N ₂ . Altri richiedono metalli preziosi o processi di sintesi complessi, che ne limita l'applicabilità su scala industriale. In un recente studio pubblicato su Catalisi applicata B:ambientale , Gli scienziati del DGIST guidati dal prof. Shanmugam hanno affrontato tutti questi problemi con un nuovo catalizzatore per la sintesi elettrochimica dell'ammoniaca.

Il loro approccio si basa sul nitruro di molibdeno (Mo ₂ N) nanoparticelle, che condividono proprietà elettriche con l'enzima nitrogenasi che alcuni batteri usano per produrre ammoniaca in natura. Le nanoparticelle da sole non fanno il taglio; però, perché tendono ad attaccarsi l'un l'altro, questo agglomerato riduce la superficie totale esposta a N ₂ e quindi ostacola le prestazioni del catalizzatore. Per combattere questo problema, gli scienziati hanno prodotto fogli esagonali bidimensionali di nitruro di boro (h-BN) e li hanno adattati per contenere i difetti. Questi difetti - posti vacanti di boro e azoto - hanno fornito siti per il Mo ₂ N nanoparticelle per ancorarsi senza agglomerarsi molto.

Con questo catalizzatore, il team è riuscito a sintetizzare l'ammoniaca ad alta velocità con un'efficienza del 61,5% in modo stabile e robusto. Soprattutto, l'intero processo di fabbricazione del -Mo . a basso costo ₂ Il catalizzatore N/h-BN può essere eseguito in un unico passaggio, che lo rende un'opzione interessante in termini di scalabilità industriale. Per di più, lo studio ha fornito importanti informazioni su come la dimensione delle nanoparticelle influenzi la selettività del catalizzatore per la fissazione dell'azoto. Il prof. Shanmugam osserva:"Riteniamo che il nostro lavoro contribuirà notevolmente allo sviluppo di catalizzatori efficienti. Il progresso di tecnologie alternative per la produzione di sostanze chimiche preziose come l'ammoniaca tramite metodi elettrocatalitici aprirà la strada a un ambiente più pulito e sicuro".

Auspicabilmente, ulteriori studi ci consentiranno finalmente di abbandonare i metodi di ieri a favore delle alternative sostenibili di domani.