Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) descobriram que um catalisador de amida de cálcio com uma pequena quantidade de bário adicionado (Ba-Ca (NH ₂ ) ₂ ) com nanopartículas de rutênio imobilizadas sobre ele podem sintetizar amônia com uma eficiência 100 vezes maior do que a de catalisadores de rutênio convencionais em baixas temperaturas abaixo de 300ºC. O desempenho desse catalisador também é várias vezes superior quando comparado aos catalisadores de ferro atualmente usados ​​industrialmente.

A amônia é um ingrediente básico para fertilizantes de nitrogênio e é a chave para a produção de alimentos. Uma molécula de amônia é um átomo de nitrogênio ligado a três átomos de hidrogênio. Como resultado, a amônia é uma substância com um conteúdo de hidrogênio muito alto para sua massa. Porque se torna um líquido à temperatura ambiente a uma pressão de 10 atmosferas, é também um transportador de energia para o hidrogênio, a fonte de energia para tecnologias como células de combustível.

O processo Haber-Bosch, o método de síntese de amônia industrial atual (estabelecido em 1913) usa um catalisador feito principalmente de ferro e requer altas temperaturas (400 a 500ºC) e altas pressões (100 a 300 atm). Para atender a essas condições, a amônia é produzida em grande escala, fábricas dedicadas e, em seguida, transportado para fábricas onde é usado para processos industriais. Há muito tempo há demanda para a produção no local em que a quantidade necessária de amônia pode ser sintetizada onde for necessária, em oposição ao processo convencional em grande escala.

O grupo de pesquisa Tokyo Tech do professor Hideo Hosono, Professor Michikazu Hara, O professor associado Masaaki Kitano e outros descobriram um catalisador de síntese de amônia que funciona com alta eficiência em baixas temperaturas. Eles descobriram que um catalisador de amida de cálcio com uma pequena quantidade de bário adicionado (Ba-Ca (NH ₂ ) ₂ ) com nanopartículas de rutênio imobilizadas sobre ele exibe atividade catalítica 100 vezes maior do que a de catalisadores de rutênio convencionais em baixas temperaturas abaixo de 300ºC. Avançar, o desempenho catalítico desse catalisador também é várias vezes maior quando comparado aos catalisadores de ferro usados ​​industrialmente (Figura 1).

Um complexo de acetilacetonato de rutênio é usado como matéria-prima para o rutênio. Ao aquecer um pó misturado com Ba-Ca (NH ₂ ) ₂ a 400ºC em uma atmosfera de hidrogênio, uma fina camada de bário é formada em nanopartículas de rutênio com cerca de 3 nm de tamanho, uma vez que a amida de cálcio porosa é formada simultaneamente (Figura 2). A área de superfície de Ba-Ca (NH ₂ ) ₂ , a matéria-prima para o catalisador, tem apenas cerca de 17 m ² / g. Contudo, uma vez que o catalisador se torna poroso quando aquecido a 400ºC em hidrogênio com a fonte de rutênio, o grupo descobriu que a área de superfície se expande para aproximadamente 100 m ² / g. Avançar, o constituinte de bário adicionado à amida de cálcio move-se para a superfície do catalisador durante o processamento térmico e forma uma camada fina cobrindo as nanopartículas de rutênio. O grupo descobriu que este é um catalisador único, com essas estruturas ativas formando-se de maneira auto-organizada e permanecendo estáveis ​​durante toda a reação. O catalisador desenvolvido nesta pesquisa exibe a maior atividade de síntese de amônia em baixas temperaturas de qualquer catalisador sólido relatado nos últimos anos.

O catalisador desenvolvido nesta pesquisa ultrapassa em muito os limites dos materiais catalíticos existentes em sua atividade de síntese de amônia e contribuirá significativamente para reduzir a energia usada para o processo de síntese de amônia. Por causa disso, Espera-se que o desenvolvimento posterior dessa tecnologia leve a uma nova estrutura de processo para a síntese local de amônia.