p O nitrogênio é um nutriente essencial para o crescimento das plantas. Enquanto cerca de 80% da terra é nitrogênio, está principalmente contido na atmosfera como gás, e, portanto, inacessível às plantas. Para impulsionar o crescimento da planta, especialmente em ambientes agrícolas, Portanto, fertilizantes químicos de nitrogênio são necessários. Uma etapa crucial na produção desses fertilizantes é a síntese de amônia, que envolve uma reação entre hidrogênio e nitrogênio na presença de um catalisador. p Tradicionalmente, a produção de amônia foi realizada através do processo "Haber-Bosch", que, apesar de ser eficaz, requer condições de alta temperatura (400-500 ° C), tornando o processo caro. Consequentemente, os cientistas vêm tentando encontrar uma maneira de reduzir as temperaturas de reação da síntese de amônia.

p Recentemente, os cientistas relataram o rutênio - um metal de transição - como um "catalisador" eficiente para a síntese de amônia, uma vez que opera em condições mais suaves do que os catalisadores tradicionais à base de ferro. Contudo, há uma advertência:as moléculas de nitrogênio precisam aderir à superfície do catalisador para se dissociar em átomos antes de reagir com o hidrogênio para formar amônia. Para o rutênio, Contudo, a baixa temperatura muitas vezes faz com que as moléculas de hidrogênio grudem em sua superfície - um processo chamado envenenamento por hidrogênio - que impede a produção de amônia. Para trabalhar com rutênio, Portanto, é necessário suprimir seu envenenamento por hidrogênio.

p Felizmente, certos materiais podem aumentar a atividade catalítica do rutênio quando usados ​​como um "suporte de catalisador". Uma equipe de cientistas da Tokyo Tech, Japão, revelou recentemente que os materiais de hidreto de lantanídeo da forma LnH _{2 + x} é um desses grupos de materiais de suporte. "O desempenho catalítico aprimorado é realizado por duas propriedades exclusivas do material de suporte. Primeiro, eles doam elétrons, que orientam a dissociação do nitrogênio na superfície do rutênio. Segundo, esses elétrons se combinam com o hidrogênio na superfície para formar íons hidreto, que reagem prontamente com o nitrogênio para formar amônia e liberar os elétrons, suprimindo o envenenamento por hidrogênio de rutênio, "explica o Prof. Associado Maasaki Kitano, quem conduziu o estudo.

p Suspeitar que a mobilidade do íon hidreto pode ter um papel a desempenhar na síntese de amônia, O time, em um novo estudo publicado em Materiais de energia avançados, investigou o desempenho de oxidridos de lantanídeo (LaH _3-2x Ox) - condutores de íon hidreto supostamente rápidos a 100-400 ° C - como material de suporte para rutênio, com o objetivo de descobrir a relação entre a síntese de amônia e a mobilidade do íon hidreto.

p Eles descobriram que, embora a condutividade do íon hidreto "em massa" tivesse pouca relação com a ativação da síntese de amônia, a superfície ou mobilidade "local" dos íons hidreto desempenhou um papel crucial na catálise, ajudando a construir uma forte resistência contra o envenenamento por hidrogênio do rutênio. Eles também descobriram que, em comparação com outros materiais de suporte, os óxidos de lantânio necessitaram de uma temperatura inicial mais baixa para a formação de amônia (160 ° C) e apresentaram uma atividade catalítica mais elevada.

p Além disso, a equipe observou que a presença de oxigênio estabilizou a estrutura de oxi-hidreto e os íons de hidreto contra a nitretação - a transformação de oxi-hidreto de lantânio em nitreto de lantânio e sua subsequente desativação - que tende a impedir a catálise e é uma grande desvantagem no uso de materiais de suporte de hidreto. "A resistência à nitretação é uma vantagem tremenda, pois ajuda a preservar a capacidade de doação de elétrons dos íons hidreto por uma duração mais longa da reação, "comenta o Prof. Kitano.

p O desempenho catalítico superior e a temperatura de início de síntese mais baixa alcançada usando oxidridos de lantanídeo poderiam, portanto, ser a solução muito procurada para diminuir o aquecimento na produção de amônia.