L’ammoniaca è essenziale per il cibo e per il futuro approvvigionamento energetico. Nell'industria viene prodotto principalmente mediante il processo Haber-Bosch, che opera a temperature e pressioni elevate. A causa dell'elevato consumo di energia e delle emissioni di carbonio dell'industria dell'ammoniaca, è importante sviluppare materiali e approcci alternativi per un N2 efficiente riduzione dell'ammoniaca grazie all'energia rinnovabile.
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Chen Ping del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha realizzato la fissazione dell'azoto fotoguidata e la sintesi dell'ammoniaca mediata dall'idruro di litio (LiH). Lo studio è pubblicato su Nature Chemistry .
LiH è l'idruro salino più semplice con un band gap di 3,7 eV. È stato studiato per lo stoccaggio dell'idrogeno grazie al suo elevato contenuto di idrogeno (12,5% in peso). Tuttavia, la deidrogenazione del LiH è termodinamicamente sfavorevole.
In questo studio, i ricercatori hanno scoperto che l'illuminazione ultravioletta (UV) di LiH potrebbe indurre un notevole cambiamento di colore dal bianco all'azzurro, accompagnato dal rilascio di una piccola quantità di H2 in condizioni ambientali. Un tale fenomeno implicava che sotto illuminazione UV, LiH veniva sottoposto a fotolisi con conseguente elettroni generati da fotoni intrappolati nella sua vacanza di idrogeno come centri F longevi e ricchi di elettroni, che mostravano un meccanismo fondamentalmente diverso per la separazione dei portatori di carica.
I ricercatori hanno indicato che il LiH illuminato aveva una superficie ricca di elettroni con posti vacanti di idrogeno, che facilitavano l'attivazione di N2 per formare il legame N-H. Hanno co-alimentato un N2 /H2 miscela con un basso H2 pressione parziale nelle polveri di LiH, che porta alla produzione di ammoniaca fotocatalitica in condizioni ambientali.
"Questo percorso fotochimico è flessibile nel funzionamento, il che può essere adatto alla sintesi distribuita e su piccola scala dell'ammoniaca alimentata dall'energia solare intermittente", ha affermato il prof. Chen.
Ulteriori informazioni: Yeqin Guan et al, Sintesi dell'ammoniaca guidata dalla luce in condizioni blande utilizzando idruro di litio, Chimica naturale (2024). DOI:10.1038/s41557-023-01395-8
Informazioni sul giornale: Chimica della Natura
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
