O uso de radiação ultravioleta (hν) para produzir elétrons energéticos (e-) permite que um catalisador de cobre-paládio (esferas verdes e azuis) gere hidrogênio (H0) sem o uso de combustíveis fósseis. Este material pode então transformar íons nitrato (NO3-) em amônia (NH3). Reproduzido, com permissão, da Ref. 1 © 2011 American Chemical Society
Nutrir as safras com amônia sintética (NH 3 ) os fertilizantes aumentam cada vez mais os rendimentos agrícolas, mas essa produtividade tem um preço. A aplicação excessiva deste produto químico pode acumular íon nitrato (NO 3 -) concentrações no solo - um potencial veneno para as águas subterrâneas e fonte de alimento para a proliferação de algas nocivas. Além disso, a fabricação industrial de amônia é um processo que consome muita energia e contribui significativamente para os gases de efeito estufa atmosféricos.
Uma equipe de pesquisa liderada por Miho Yamauchi e Masaki Takata do RIKEN SPring-8 Center em Harima descobriu agora uma maneira quase ideal de desintoxicar os efeitos dos fertilizantes de amônia. Ao sintetizar nanocatalisadores bimetálicos fotoativos que geram gás hidrogênio a partir da água usando energia solar, a equipe pode converter NÃO cataliticamente 3 - de volta ao NH3 por meio de uma rota eficiente, livre de emissões de dióxido de carbono.
Substituindo os átomos de oxigênio de NO 3 - com o hidrogênio é um truque químico difícil, mas os químicos podem conseguir esse feito usando nanopartículas de ligas de cobre-paládio (CuPd) para imobilizar nitratos em suas superfícies e catalisar uma reação de redução com átomos de hidrogênio dissolvidos. Contudo, a distribuição atômica na superfície de 'nanoliga' afeta o resultado deste procedimento:regiões com grandes domínios de átomos de Pd tendem a criar gás nitrogênio, enquanto ligas bem misturadas produzem preferencialmente amônia.
De acordo com Yamauchi, o desafio de sintetizar ligas de CuPd homogeneamente misturadas é acertar o tempo - os dois íons de metal se transformam em estados atômicos em taxas diferentes, causando separação de fases. Yamauchi e sua equipe usaram os poderosos raios-x do síncrotron do SPring-8 Center para caracterizar a estrutura atômica do CuPd sintetizado com reagentes agressivos ou suaves. Seus experimentos revelaram que um reagente redutor relativamente forte chamado borohidreto de sódio deu ligas com mistura quase perfeita até dimensões em nanoescala.
A maioria das sínteses de amônia usa gás hidrogênio produzido a partir de combustíveis fósseis, mas o uso da energia solar pelos pesquisadores evita isso. Eles descobriram que depositar a nanoliga em dióxido de titânio fotossensível (TiO 2 ) produziu um material capaz de converter radiação ultravioleta em elétrons energéticos; por sua vez, esses elétrons estimularam a geração de gás hidrogênio a partir de uma solução simples de água / metanol. Quando eles adicionaram íons de nitrato a esta mistura, o CuPd / TiO 2 O catalisador converteu quase 80% em amônia - uma seletividade química notável que os pesquisadores atribuem a altas concentrações de hidrogênio reativo produzido fotocataliticamente perto da superfície de CuPd.
Yamauchi está confiante de que esta abordagem pode ajudar a reduzir o impacto ecológico de muitas reações clássicas de hidrogenação química. “Considerando os problemas ambientais que enfrentamos, temos que mudar da síntese química usando hidrogênio baseado em fósseis para outros processos limpos, ”Ela diz.
