La perovskita propuesta es un catalizador mucho mejor que otros materiales de última generación, especialmente cuando se combina con metales más comunes, como cobalto o hierro. Crédito:Tecnología de Tokio
Las perovskitas son una clase de materiales sintéticos que tienen una estructura cristalina similar a la del titanato de calcio mineral natural. Han sido objeto de muchos estudios porque exhiben propiedades interesantes y únicas que se pueden ajustar de acuerdo con su composición. Una de sus aplicaciones potenciales es como catalizadores para la síntesis de amoniaco. En otras palabras, perovskitas específicas se pueden colocar dentro de una cámara de reacción con nitrógeno e hidrógeno para promover la reacción de estos gases para formar amoníaco.
El amoníaco es una sustancia útil que se puede emplear en la producción de fertilizantes y productos químicos artificiales. e incluso como portador de energía limpia en forma de hidrógeno, que puede ser clave en tecnologías ecológicas. Sin embargo, Existen varios desafíos asociados con la síntesis de amoníaco y perovskitas.
La velocidad de síntesis del amoníaco generalmente está limitada por la alta energía requerida para disociar las moléculas de nitrógeno. Algunos investigadores han tenido cierto éxito con el uso de metales preciosos como el rutenio. Recientemente, Las perovskitas con algunos de sus átomos de oxígeno reemplazados por iones de hidrógeno y nitrógeno se han desarrollado como catalizadores eficientes para la síntesis de amoníaco. Sin embargo, la síntesis tradicional de perovskitas con tales sustituciones generalmente debe realizarse a alta temperatura (más de 800 grados Celsius) y durante largos períodos de tiempo (semanas).
Para abordar estos problemas, en un estudio reciente realizado en Tokyo Tech, un grupo de investigadores dirigido por el profesor Masaaki Kitano ideó un método novedoso para la síntesis a baja temperatura de una de estas perovskitas sustituidas con oxígeno con el nombre químico BaCeO 3-x norte y H z y probó su desempeño como catalizador para producir amoníaco. Lograr esto, hicieron una alteración innovadora al proceso de síntesis de perovskita. El uso de carbonato de bario y dióxido de cerio como precursores implica una temperatura muy alta, que se requiere para que se combinen en la perovskita base, o BaCeO 3 , porque el carbonato de bario es muy estable. Además, es necesario sustituir los átomos de oxígeno por iones de nitrógeno e hidrógeno. Por otra parte, El equipo descubrió que el compuesto amida de bario reacciona fácilmente con el dióxido de cerio bajo el flujo de gas amoniaco para formar directamente BaCeO. 3-x norte y H z a bajas temperaturas y en menos tiempo. "Esta es la primera demostración de una síntesis ascendente de dicho material, denominado hidruro de oxinitruro de tipo perovskita, "explica el Prof. Kitano.
Este nuevo protocolo para la producción de BaCeO3? XNyHz se puede realizar a temperaturas mucho más bajas y en mucho menos tiempo en comparación con los métodos convencionales. Crédito:Tecnología de Tokio
Los investigadores primero analizaron la estructura de la perovskita obtenida a través del proceso propuesto y luego probaron sus propiedades catalíticas para la síntesis de amoníaco a baja temperatura en diversas condiciones. El material propuesto no solo superó a la mayoría de los competidores de última generación cuando se combinó con rutenio, pero también superó ampliamente a todos ellos cuando se combinó con metales más baratos como el cobalto y el hierro. Esto representa enormes ventajas en términos de rendimiento y costo asociado.
Finalmente, los investigadores intentaron dilucidar los mecanismos detrás de la tasa de síntesis mejorada del amoníaco. En general, la información proporcionada en este estudio sirve como protocolo para la síntesis de otros tipos de materiales con sustituciones de iones de nitrógeno e hidrógeno y para el diseño inteligente de catalizadores. "Nuestros resultados allanarán el camino en nuevas estrategias de diseño de catalizadores para la síntesis de amoníaco a baja temperatura, ", concluye el profesor Kitano. Se espera que estos hallazgos hagan que la síntesis de materiales útiles sea más limpia y más eficiente energéticamente.
El estudio se publica en la Revista de la Sociedad Química Estadounidense .
