La conversión electroquímica de nitrógeno en amoníaco es la alternativa más prometedora del proceso tradicional de Haber-Bosch para lograr la fijación de nitrógeno en condiciones ambientales. En esta estrategia, La activación de los triples enlaces de nitrógeno de alta energía es el cuello de botella más importante, y se considera comúnmente como el paso determinante de la velocidad de la síntesis de amoníaco. Los científicos con sede en China han alterado con éxito el paso determinante de la velocidad de reducción electroquímica de nitrógeno, y orientación esbozada para el diseño futuro de catalizadores.

El amoníaco es un precursor genérico para la fabricación de fertilizantes y la mayoría de los productos químicos orgánicos que contienen nitrógeno. Hasta la fecha, La producción industrial de amoníaco se realiza principalmente mediante el proceso Haber-Bosch, en el que el nitrógeno se fija utilizando el reductor químico hidrógeno. Sin embargo, a pesar de más de 100 años de desarrollo, este proceso todavía requiere condiciones duras, incluyendo altas temperaturas (673-873 K) y presiones (20-40 MPa), representa el 1,5% del consumo energético mundial. En este contexto, Es esencial contar con una tecnología sostenible y que requiera menos energía para producir amoníaco.

Un método alternativo para lograr la fijación de N2 en condiciones ambientales es la reacción de reducción de N2 electrocatalítica (NRR) utilizando protones del agua como fuente de hidrógeno y alimentada por fuentes de electricidad renovables. Sin embargo, en la práctica, todavía es difícil lograr un rendimiento NRR deseable, lo que provoca una gran pérdida de energía. El desafío clave radica en la activación del triple enlace nitrógeno-nitrógeno inerte, que generalmente se considera como el paso determinante de la velocidad. En este contexto, Los catalizadores altamente activos que podrían alterar la etapa de determinación de la velocidad de la síntesis electroquímica de amoníaco representan un candidato ideal para la síntesis de amoníaco.

En un nuevo artículo de investigación publicado en Beijing, Revista Nacional de Ciencias , científicos de la Universidad de Soochow en Suzhou, Porcelana, presentar los últimos avances para superar el cuello de botella de la síntesis de amoníaco ambiental. Coautores Sisi Liu, Mengfan Wang, Haoqing Ji, Xiaowei Shen, Chenglin Yan y Tao Qian han alterado con éxito el paso determinante de la velocidad de síntesis de amoníaco ambiental mediante la introducción deliberada de grupos únicos de cobalto como el promotor donante de electrones en carbono dopado con nitrógeno. y logró una excelente tasa de rendimiento de amoníaco de 76,2 μg h-1 mg-1, con una eficiencia faradaica superior del 52,9%. Con esta estrategia, el rendimiento superior reduciría en gran medida la pérdida de energía del sistema y reduciría el costo fundamental, contribuyendo así a futuras aplicaciones prácticas.

Estos científicos también describen las posibles direcciones de desarrollo de futuros electrocatalizadores para sistemas NRR sostenibles. "Cuando se adsorbe químicamente en el grupo de Co, El N2 se activa espontáneamente y experimenta un debilitamiento significativo del triple enlace nitrógeno-nitrógeno debido a la fuerte retrodonación de electrones del metal a los orbitales antienlazantes de N2. y la disociación de N2 se convierte en un proceso exotérmico sobre el grupo único de cobalto, "dice el profesor Tao Qian". el paso de determinación de la velocidad se ha cambiado con éxito de la activación habitual de N2 a la siguiente hidrogenación con solo una pequeña barrera de energía de 0,85 eV ".