El nitrógeno es un nutriente esencial para el crecimiento de las plantas. Mientras que aproximadamente el 80% de la tierra es nitrógeno, está contenido principalmente en la atmósfera como gas, y por lo tanto, inaccesible para las plantas. Para impulsar el crecimiento de las plantas, especialmente en entornos agrícolas, por lo tanto, Se necesitan fertilizantes nitrogenados químicos. Un paso crucial en la producción de estos fertilizantes es la síntesis de amoníaco, que implica una reacción entre hidrógeno y nitrógeno en presencia de un catalizador.

Tradicionalmente, La producción de amoniaco se ha realizado mediante el proceso "Haber-Bosch", cuales, a pesar de ser efectivo, requiere condiciones de alta temperatura (400-500 ° C), encareciendo el proceso. Como consecuencia, Los científicos han estado tratando de encontrar una forma de reducir las temperaturas de reacción de la síntesis de amoníaco.

Recientemente, Los científicos han informado que el rutenio, un metal de transición, es un "catalizador" eficiente para la síntesis de amoníaco, ya que opera en condiciones más suaves que los catalizadores tradicionales a base de hierro. Sin embargo, Hay una advertencia:las moléculas de nitrógeno deben adherirse a la superficie del catalizador para disociarse en átomos antes de reaccionar con el hidrógeno para formar amoníaco. Para el rutenio, sin embargo, la baja temperatura a menudo hace que las moléculas de hidrógeno se adhieran a su superficie, un proceso llamado envenenamiento por hidrógeno, que impide la producción de amoníaco. Para trabajar con rutenio, por lo tanto, es necesario suprimir su envenenamiento por hidrógeno.

Afortunadamente, ciertos materiales pueden aumentar la actividad catalítica del rutenio cuando se utilizan como "soporte de catalizador". Un equipo de científicos de Tokyo Tech, Japón, reveló recientemente que los materiales de hidruro de lantánidos de la forma LnH _{2 + x} es uno de esos grupos de materiales de apoyo. "El rendimiento catalítico mejorado se logra mediante dos propiedades únicas del material de soporte. Primero, donan electrones, que guían la disociación del nitrógeno en la superficie del rutenio. Segundo, estos electrones se combinan con el hidrógeno en la superficie para formar iones hidruro, que reaccionan fácilmente con el nitrógeno para formar amoníaco y liberar los electrones, suprimir el envenenamiento por hidrógeno del rutenio, "explica el profesor asociado Maasaki Kitano, quien dirigió el estudio.

Ante la sospecha de que la movilidad de los iones hidruro podría tener un papel que desempeñar en la síntesis de amoníaco, el equipo, en un nuevo estudio publicado en Materiales energéticos avanzados, investigó el rendimiento de los oxihidruros de lantánidos (LaH _{3-2 veces} Buey) —conductores de iones hidruro supuestamente rápidos a 100-400 ° C — como material de soporte para el rutenio, con el objetivo de descubrir la relación entre la síntesis de amoniaco y la movilidad de los iones hidruros.

Descubrieron que, si bien la conductividad del ión hidruro "a granel" tenía poca relación con la activación de la síntesis de amoníaco, la superficie o movilidad "local" de los iones hidruro jugó un papel crucial en la catálisis al ayudar a desarrollar una fuerte resistencia contra el envenenamiento por hidrógeno del rutenio. También encontraron que, en comparación con otros materiales de soporte, Los oxihidruros de lantano requirieron una temperatura de inicio más baja para la formación de amoníaco (160 ° C) y mostraron una mayor actividad catalítica.

Es más, El equipo observó que la presencia de oxígeno estabilizó la estructura de oxihidruro y los iones hidruro contra la nitruración, la transformación del oxihidruro de lantano en nitruro de lantano y su posterior desactivación, que tiende a impedir la catálisis y es un inconveniente importante en el uso de materiales de soporte de hidruro. "La resistencia a la nitruración es una gran ventaja, ya que ayuda a preservar la capacidad de donar electrones de los iones hidruro durante una mayor duración de la reacción, "comenta el Prof. Kitano.

El rendimiento catalítico superior y la temperatura de inicio de síntesis más baja lograda utilizando oxihídridos de lantánidos podrían ser, por lo tanto, la solución más buscada para reducir el calor en la producción de amoníaco.