رکورد تولید آمونیاک با کاتالیزور کبالت ارزان قیمت، شکسته شد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، پژوهشگران با استفاده از نانوذرات کبالت موفق به تولید کاتالیستی شدند که قیمت بسیار پایین داشته و در دما‌های بسیار کم می‌تواند آمونیاک تولید کند.

آمونیاک (NH ۳) یکی از مواد شیمیایی پرتقاضا در جهان است و در سال ۲۰۲۰ تولید آن به بیش از ۱۸۷ میلیون تن رسیده است. حدود ۸۵ ٪ از آمونیاک تولید شده برای تولید کود‌های نیتروژن‌دار استفاده می‌شود، بقیه آن نیز برای پالایش نفت و تولید طیف گسترده‌ای از مواد شیمیایی دیگر و ایجاد الیاف مصنوعی مانند نایلون استفاده می‌شود. با این حال، همه این‌ها با هزینه انرژی بالایی حاصل می‌شود. در حال حاضر، بیشتر آمونیاک با استفاده از فرآیند معمولی هابر-بوته تولید می‌شود، که نیاز به ترکیب نیتروژن و هیدروژن در دما‌های بالا (۴۰۰-۴۵۰ درجه سانتیگراد) و فشار‌ها (۲۰۰ اتمسفر) دارد. در نتیجه، دانشمندان به طور فعال به دنبال کاتالیزور‌هایی هستند که می‌توانند نیاز‌های انرژی برای تولید آمونیاک را کاهش داده و سنتز را پایدارتر کنند.

روتنیم (RU) به دلیل توانایی استثنایی در جذب نیتروژن در دمای پایین، کاندیدای اصلی در این زمینه بوده است. با این حال، هزینه بالای آن مانع از پذیرش گسترده روتنیم در سنتز آمونیاک در مقیاس بزرگ شده است. در حالی که کبالت (CO) به عنوان یک جایگزین مقرون به صرفه‌تر در نظر گرفته شده است، دستیابی به همان میزان فعالیت کاتالیزوری روتنیم در دما‌های پایین‌تر دشوار بوده است.

برای تقویت فعالیت کاتالیزوری کبالت، تیمی از محققان از جمله ماساکی کیتانو در انستیتوی فناوری توکیو، ماده‌ای پشتیبان از نانوذرات کبالت را توسعه داده است. این ماده، یک الکترید اکسی هیدرید حاوی باریم به نام BAAL ۲ O ۴-XHY است که فعالیت کاتالیزوری کبالت را به سطح قابل مقایسه با کاتالیزور‌های RU در دما‌های پایین می‌رساند و از یون‌ها و الکترون‌ها از گزند هوا و رطوبت محافظت می‌کند.

کیتانو توضیح می‌دهد: «ما تلاش کردیم تا یک الکترید اکسی‌هیدرید حاوی باریم، BA ۲ AL ۲ O ۴-XHY تولید کنیم تا از آن برای به دست آوردن یک کاتالیزور بسیار مؤثر و شیمیایی با دوام استفاده کنیم. این یک رویکرد جدید برای طراحی مواد معدنی جدید و ایجاد کاربردیی در زمینه‌های دیگر است.»

کاتالیزور CO/BAAL ۲ O ۴-XHY با ثبات شیمیایی خوب، فعالیت کاتالیزوری افزایش یافته و قابلیت استفاده مجدد بالا، نوید یک کاتالیست مناسب برای سنتز آمونیاک در دما‌های پایین می‌دهد. کیتانو می‌گوید: «این کاتالیست معدنی رویکرد جدیدی برای توسعه کاتالیزور‌های بسیار مؤثر و پایدار برای سنتز آمونیاک سبز ارائه می‌دهد.»