Home Wissenschaften Ein neuartiges Design für Zweiatom-Katalysatoren könnte die Umweltauswirkungen der Ammoniakproduktion reduzieren
Ein neuartiges Design für Zweiatom-Katalysatoren könnte die Umweltauswirkungen der Ammoniakproduktion reduzieren

Ein neuartiges Design für Zweiatom-Katalysatoren könnte die Umweltauswirkungen der Ammoniakproduktion reduzieren

by nwna_de

von KeAi Communications Co.

Wie der heterogene Katalysator Eigenschaften der Komponenten integriert, um die katalytische Leistung zu verbessern. Bildnachweis: Southeast University, China

Ammoniak ist ein stark riechendes, farbloses Gas, das zu einer unentbehrlichen Chemikalie für Landwirtschafts- und Pharmaunternehmen geworden ist, von der jährlich etwa 200 Millionen Tonnen produziert und verbraucht werden.

Das Haber-Bosch-Verfahren ist derzeit die einzige verfügbare Option für die industrielle Produktion von Ammoniak, aber die dafür erforderlichen erhöhten Temperaturen und Drücke führen zu einem hohen Energieverbrauch und CO2 Emissionsraten. Daher haben Forscher nach neuen energiesparenden und umweltfreundlichen Verfahren zur Ammoniaksynthese gesucht. Die elektrokatalytische Reduktion von Distickstoff, einem farb- und geruchlosen Gas, das etwa 78 % der Erdatmosphäre ausmacht, erweist sich als vielversprechender Ansatz.

In einer im KeAi-Journal veröffentlichten Studie Grüne Energie & Umweltuntersuchten Forscher Dutzende von Einzelatom- und Doppelatom-Katalysatoren, um eine neue, umweltfreundlichere Option für den Distickstoff-Reduktionsprozess zu finden. Studienautor Qiang Zhou, derzeit Ph.D. Student am Department of Mechanical Engineering der japanischen Tokyo University, erklärt: „Das Katalysatordesign ist das wichtigste Element für eine erfolgreiche elektrokatalytische Distickstoffreduktion. Wir wussten, dass heterogene Katalysatoren, also Katalysatoren mit mehreren Phasen, die höchste Ammoniakausbeuterate Aber wir wollten herausfinden, warum, und dieses Wissen dann nutzen, um neue, noch effektivere elektrokatalytische Optionen zu identifizieren.“

Zhou und seine Kollegen verwendeten die Dichtefunktionaltheorie (DFT), eine computergestützte quantenmechanische Modellierungsmethode, die zur Untersuchung der elektronischen Struktur von Systemen wie Atomen und Molekülen verwendet wird. Laut Zhou „wird es häufig eingesetzt, um neuartige Katalysatoren zu entwickeln, experimentelle Ergebnisse zu unterstützen und den katalytischen Mechanismus zu untersuchen. Wir wussten, dass die DFT-Simulation uns nicht nur helfen würde, herauszufinden, welche Katalysatoren gut funktionieren, sondern auch, warum sie gut funktionieren. Und das würde uns helfen, den Reaktionsprozess besser zu verstehen und bessere Katalysatoren zu entwickeln.”

Unter Verwendung von DFT-Berechnungen untersuchte und verglich das Forschungsteam systematisch Dutzende von Einzelatom-Katalysatoren. Dadurch erhielten sie wichtige Informationen für die Entwicklung einer allgemeinen Strategie für das Design von zweiatomigen (heterogenen) Katalysatoren. Sie fanden heraus, dass ein Dual-Atom-Ansatz mit einem Hybrid aus Eisen und Molybdän am effektivsten bei der Aktivierung des Distickstoffs war.

Laut Dr. Feng Gong, einem Forscher der Southeast University, China, der die Studie leitete, hat diese Erkenntnis das Potenzial, das Gebiet der heterogenen Katalyse stark zu beeinflussen. Er fügt hinzu: „Wir hoffen, dass es einige Richtlinien für die zukünftige experimentelle Synthese von Zweiatom-Katalysatoren liefert und Wissenschaftler dazu ermutigt, den Mechanismus katalytischer Reaktionen weiter zu erforschen.“


Neuer Bericht hebt innovative Katalysatoren hervor: Design und Anwendung


Mehr Informationen:
Qiang Zhou et al., 1+1>2: Lernen aus der Grenzflächenmodulation an Einzelatom-Elektrokatalysatoren zur Entwicklung von Zweiatom-Elektrokatalysatoren für die Distickstoffreduktion, Grüne Energie & Umwelt (2022). DOI: 10.1016/j.gee.2022.06.005

Bereitgestellt von KeAi Communications Co.

Zitat: Novel Design for Dual-Atom Catalytics could Reduce the Environmental Impact of Ammoniak Production (2022, 5. August), abgerufen am 6. August 2022 von https://techxplore.com/news/2022-08-dual-atom-catalyst-environmental-impact -ammoniak.html

Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt. Abgesehen von einem fairen Handel zum Zwecke des privaten Studiums oder der Forschung darf kein Teil ohne schriftliche Genehmigung reproduziert werden. Der Inhalt dient nur zu Informationszwecken.



Aus dem englischem, Quelle angegeben.