Pesquisadores propõem síntese eletrocatalítica de amônia como um método mais ecologicamente correto
(a) Diagramas de Pourbaix de superfície 1D de diferentes dissulfetos de metais de transição (TMS2 ) superfícies. (b) Diagrama de Pourbaix de superfície 2D de SV formação em função do pH e do potencial. Os segmentos codificados por cores demarcam as janelas potenciais de SV geração nas respectivas instâncias do TMS2 . Crédito:Journal of Materials Chemistry A (2024). DOI:10.1039/D4TA00307A Uma equipe de pesquisadores revelou uma alternativa promissora aos meios convencionais de síntese de amônia, mais ecologicamente correta.
Detalhes de sua pesquisa foram publicados no Journal of Materials Chemistry A em 21 de fevereiro de 2024.
Quando Fritz Haber e Carl Bosch inventaram um meio de sintetizar amônia a partir do gás nitrogênio e hidrogênio no início do século 20, isso permitiu a produção do produto químico em nível industrial. Até hoje, a síntese Haber-Bosch continua sendo o meio dominante de produção de amônia.
No entanto, o método tem algumas desvantagens ambientais. É intensivo em energia e recursos, e a produção de gás hidrogénio envolve frequentemente gás natural, que liberta dióxido de carbono como subproduto.
A reação eletroquímica de redução de nitrogênio (ENRR), onde o gás nitrogênio do ar pode ser convertido em amônia por meio de corrente elétrica, é vista como uma alternativa promissora e sustentável. Buscar catalisadores ENRR de alto desempenho e econômicos, no entanto, é um desafio aberto para alcançar a produção de amônia ambiente em escala comercial.
"Exploramos o potencial de dissulfetos de metais de transição menos preciosos (TMS2 ) como catalisadores para ENRR", diz Hao Li, professor associado do Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais da Universidade de Tohoku (WPI-AIMR) e autor correspondente do artigo. "Através de uma análise meticulosa dos estados de superfície induzidos pela eletroquímica, descobrimos um fator anteriormente não reconhecido contribuindo para o seu alto desempenho ENRR:geração de vagas S."
Li e seus colegas começaram com um típico ENRR TMS2 catalisador, dissulfeto de ferro (FeS2 ), onde observaram que sob condições ENRR, as vacâncias S podem ser facilmente geradas na superfície do catalisador. Por meio de simulações computacionais avançadas, eles demonstraram que essa geração "in situ" de vagas S, impulsionada pela eletroquímica, aumenta significativamente a atividade ENRR, promovendo adsorção e ativação N – N mais fortes.
Observações experimentais confirmaram suas descobertas, que também foram consistentes com a literatura recente sobre janelas potenciais ENRR atingindo a eficiência faradaica máxima – a medida da eficácia de um processo eletroquímico na conversão de energia elétrica em energia química ou vice-versa.
A análise deles também se estendeu a outros TMS2 catalisadores (SnS2 , MoS2 , NiS2 e VS2 ), revelando um fenômeno universal de geração de vagas S "in situ" sob potenciais ENRR.
“Nossa pesquisa ressalta a importância crítica de considerar os estados de superfície no projeto de catalisadores ENRR”, acrescenta Li. "Ao esclarecer o papel das vagas S, fornecemos um roteiro valioso para melhorar o desempenho da ENRR e acelerar a transição para a produção sustentável de amônia."
