ТАСС, 14 ноября. Химики из Китая и Австралии разработали одноатомный нано-катализатор на базе целлюлозы, железа и кобальта, позволяющий превращать молекулы водорода и азота в аммиак с низкими затратами энергии и малым ущербом для природы. Результаты опытов ученых были раскрыты в статье в журнале Nature Sustainability.
"На долю производства аммиака приходится примерно 2% энергии и около 1,8% выборов парниковых газов, что говорит о необходимости создания "зеленых" методов синтеза этого газа. Мы разработали подход, позволяющий создавать одноатомные катализаторы на базе бактериальной целлюлозы, железа и кобальта, которые обладают очень высоким уровнем эффективности и производительности", - пишут исследователи.
Для производства аммиака уже много десятилетий используется реакция, открытая немецкими химиками Фрицем Габером и Карлом Бошем еще в начале XX века. Бош и Габер выяснили, что смесь из азота и водорода можно превратить в аммиак, если сжать и нагреть ее, а затем пропустить через катализатор на базе железа. Несмотря на все попытки ученых, пока им не удалось создать альтернативные подходы, превосходящие реакцию Габера-Боша в эффективности.
Группа китайских химиков под руководством профессора университета Гриффита в Саутпорте (Австралия) Чжао Хуэйцзюня сделала большой шаг к решению этой проблемы в рамках экспериментов с так называемыми одноатомными катализаторами. Так химики называют особые наноматериалы, устроенные таким образом, что каждый встроенный в них атом катализатора участвует в ускорении реакций.
Целлюлозный катализатор для производства аммиака
В прошлом ученые уже пытались использовать их для создания катализаторов для производства аммиака на базе железа и других металлов, однако их эффективность оставалась низкой из-за проблем с равномерным распределением ускоряющих реакцию атомов по толще наночастиц и других наноматериалов. Профессор Чжао Хуэйцзюнь и его коллеги решили эту проблему при помощи так называемой бактериальной целлюлозы.
Она представляет собой сверхчистый и очень упорядоченный аналог растительной целлюлозы, который был произведен при помощи культур некоторых видов бактерий. Ее пласты, как заметили китайские химики, содержат в себе большое число "хвостов"-радикалов с атомами кислорода, которые хорошо соединяются с ионами железа и кобальта, способными ускорять реакции между молекулами водорода и азота.
Руководствуясь этой идеей, ученые обработали лист из бактериальной целлюлозы при помощи растворов солей кобальта и железа в разных пропорциях и концентрациях, после чего они проследили за тем, насколько активно эти конструкции ускоряли синтез аммиака. Для этого ученые пропустили электрический ток, а также смесь из водорода и азота через листы обработанной целлюлозы.
Последующие опыты показали, что самые удачные версии катализатора обладали очень высоким уровнем производительности и эффективности - они использовали примерно 80% энергии тока непосредственно для сборки молекул аммиака. Столь удачные результаты опытов открывают возможности для промышленного синтеза этого важного газа с почти нулевым ущербом для окружающей среды, подытожили ученые.
