Международная группа японских ученых из Института науки Токио, Национального института материаловедения и Университета Тохоку совершила прорыв в технологии синтеза аммиака. Исследование, опубликованное в Nature Chemistry 17 февраля 2025 года под руководством профессора Масааки Китано, представляет инновационный катализатор, способный революционизировать химическую промышленность.
Традиционный процесс Габера-Боша, используемый для производства аммиака, требует экстремальных температур и давлений, что приводит к значительным выбросам углекислого газа. Кроме того, процесс зависит от катализаторов на основе железа и рутения, что делает его ресурсозатратным.
Новый катализатор Ba3SiO5−xNyHz (трибарий силикат) демонстрирует уникальные свойства, главное из которых – отсутствие переходных металлов в составе. Химическая формула материала Ba3SiO2.87N0.80H1.86 указывает на наличие анионных вакансий, выступающих в роли активных центров катализа.
Синтез нового материала происходит при температурах 400-700°C, что значительно ниже традиционных 1100-1400°C. Процесс включает низкотемпературную твердофазную реакцию между амидом бария и диоксидом кремния, что делает его технологически доступным.
Базовая версия катализатора демонстрирует более высокую активность по сравнению с катализатором на основе оксида магния с рутением. При этом материал обладает низкой энергией активации и исключительной стабильностью. Важно отметить, что традиционные формы соединений (Ba3SiO5, Ba3Si6O9N4, BaSi2O2N2) не проявляют каталитической активности.
Усовершенствованная версия катализатора, дополненная наночастицами рутения, показывает еще более впечатляющие результаты. Ключевую роль в активации азота играют анионные вакансии, что позволяет осуществлять процесс без использования переходных металлов.
Разработка открывает путь к более экологичному и эффективному производству аммиака. Сниженные требования к температуре и давлению, уменьшенные выбросы и меньшая зависимость от редких ресурсов делают технологию привлекательной для промышленного внедрения. Масштабируемость синтеза катализатора дополнительно способствует его потенциальному коммерческому использованию.
Изображение носит иллюстративный характер
Традиционный процесс Габера-Боша, используемый для производства аммиака, требует экстремальных температур и давлений, что приводит к значительным выбросам углекислого газа. Кроме того, процесс зависит от катализаторов на основе железа и рутения, что делает его ресурсозатратным.
Новый катализатор Ba3SiO5−xNyHz (трибарий силикат) демонстрирует уникальные свойства, главное из которых – отсутствие переходных металлов в составе. Химическая формула материала Ba3SiO2.87N0.80H1.86 указывает на наличие анионных вакансий, выступающих в роли активных центров катализа.
Синтез нового материала происходит при температурах 400-700°C, что значительно ниже традиционных 1100-1400°C. Процесс включает низкотемпературную твердофазную реакцию между амидом бария и диоксидом кремния, что делает его технологически доступным.
Базовая версия катализатора демонстрирует более высокую активность по сравнению с катализатором на основе оксида магния с рутением. При этом материал обладает низкой энергией активации и исключительной стабильностью. Важно отметить, что традиционные формы соединений (Ba3SiO5, Ba3Si6O9N4, BaSi2O2N2) не проявляют каталитической активности.
Усовершенствованная версия катализатора, дополненная наночастицами рутения, показывает еще более впечатляющие результаты. Ключевую роль в активации азота играют анионные вакансии, что позволяет осуществлять процесс без использования переходных металлов.
Разработка открывает путь к более экологичному и эффективному производству аммиака. Сниженные требования к температуре и давлению, уменьшенные выбросы и меньшая зависимость от редких ресурсов делают технологию привлекательной для промышленного внедрения. Масштабируемость синтеза катализатора дополнительно способствует его потенциальному коммерческому использованию.
